Soil compaction during harvest operations in five tropical soils with different textures under eucalyptus forests / Compactação do solo durante as operações de colheita em cinco solos tropicais de diferentes texturas sob florestas de eucalipto

ABSTRACT Traffic of farm machinery during harvest and logging operations has been identified as the main source of soil structure degradation in forestry activity. Soil susceptibility to compaction and the amount of compaction caused by each forest harvest operation differs according to a number of factors (such as soil strength, soil texture, kind of equipment, traffic intensity, among many others), what requires the adequate assessment of soil compaction under different traffic conditions. The objectives of this study were to determine the susceptibility to compaction of five soil classes with different textures under eucalyptus forests based on their load bearing capacity models; and to determine, from these models and the precompression stresses obtained after harvest operations, the effect of traffic intensity with different equipment in the occurrence of soil compaction. Undisturbed soil samples were collected before and after harvest operations, being then subjected to uniaxial compression tests to determine their precompression stress. The coarse-textured soils were less resistant and endured greater soil compaction. In the clayey LVd2, traffic intensity below four Forwarder passes limited compaction to a third of the samples, whereas in the sandy loam PVd all samples from the 0-3 cm layer were compacted regardless of traffic intensity. The Feller Buncher and the Clambunk presented a high potential to cause soil compaction even with only one or two passes. The use of soil load bearing capacity models and precompression stress determined after harvest and logging operations allowed insight into the soil compaction process in forestry soils.

RESUMO O tráfego de máquinas durante as operações de colheita e baldeio da madeira tem sido identificado como a principal fonte de degradação da estrutura do solo no sistema de produção florestal. A suscetibilidade à compactação e a compactação causada por cada operação de colheita florestal diferem de acordo com inúmeros fatores (como resistência mecânica do solo, textura, tipo de equipamento, intensidade de tráfego, entre muitos outros), o que demanda a adequada avaliação da compactação do solo sob diferentes condições de tráfego. Os objetivos deste estudo foram determinar a suscetibilidade à compactação de cinco classes de solo com diferentes texturas sob florestas de eucalipto através de seus modelos de capacidade de suporte de carga; e determinar, com o uso destes modelos e da pressão de pré-consolidação obtida após as operações de colheita florestal o efeito da intensidade de tráfego com diferentes maquinários na ocorrência de compactação do solo. Amostras indeformadas foram coletadas antes e após as operações de colheita florestal, sendo então submetidas a ensaios de compressão uniaxial para determinação das pressões de pré-consolidação. Os solos de textura mais grosseira sofreram maior compactação. No LVd2 argiloso, a intensidade de tráfego de até quatro passadas do Forwarder limitou a ocorrência de compactação a um terço das amostras, enquanto no PVd franco-arenoso todas as amostras na camada de 0-3 cm foram compactadas independente da intensidade de tráfego. O Feller Buncher e o Clambunk apresentaram alto potencial de provocar compactação do solo mesmo com apenas uma ou duas passadas. O uso dos modelos de capacidade de suporte de carga e da pressão de pré-consolidação após as operações de colheita e baldeio permitiram melhor compreensão do processo de compactação em solos florestais.

Soil compaction caused by harvest and logging operations in eucalyptus forests in coarse-textured soils from northeastern Brazil / Compactação do solo causada por operações de colheita e baldeio em florestas de eucalipto em solos de textura grosseira do nordeste do Brasil

ABSTRACT Planted forests occupy more than 6.5 million ha in Brazil, where harvest and logging operations are performed with increasingly heavier machinery, increasing the risk of soil compaction. Soil compaction can be avoided if soil load bearing capacity is not exceeded, what makes it important to assess both the soil strength and the impact of different operations. The aim of this study was to evaluate the load bearing capacity of some coarse textured soils (two Hapludult and one Haplorthod) in two soil horizons (BA and B), from northeastern Brazil; and to assess the impact of harvest and logging operations performed with harvester and forwarder. Although the Haplorthod presented higher load bearing capacity in both the BA horizon (for the whole moisture range) and the B horizon (for higher water contents), it suffered the greatest soil compaction. Traffic with the harvester resulted in soil compaction in both the BA and the B horizons, but the increase in bulk density was higher on the later, reaching 18.7% in the Haplorthod. The forwarder traffic intensity and the presence of plant residue cover significantly affected the occurrence of soil compaction. In the BA horizon, the increase in soil bulk density for different forwarder traffic intensities was 3 passes ~ 6 passes < 12 passes ~ 16 passes. The increase in bulk density was higher in the Haplorthod, reaching 32% after 16 forwarder passes over bare soil. Significant linear regressions were obtained from the number of forwarder passes and the increase in bulk density.

RESUMO As florestas plantadas ocupam mais de 6,5 milhões de ha no Brasil, nas quais as operações de colheita e baldeio são realizadas com maquinário cada vez mais robusto, o que aumenta o risco de compactação do solo. A compactação do solo pode ser evitada se a sua capacidade de suporte de carga não for excedida, o que torna importante a avaliação tanto da resistência mecânica do solo quanto o impacto de diferentes operações. O objetivo deste estudo foi avaliar a capacidade de suporte de carga de solos de textura grosseira (dois Hapludult e um Haplorthod) em dois horizontes (BA e B) do Nordeste do Brasil; além de avaliar o impacto das operações de colheita e baldeio de madeira realizadas com harvester e forwarder. Apesar de o Haplorthod ter apresentado a maior capacidade de suporte de carga no horizonte BA (para toda a faixa de umidade) e no horizonte B (para maiores umidades) ele foi a classe de solo que apresentou maior compactação. O tráfego com o harvester resultou em compactação tanto no horizonte BA quanto no B, mas o aumento da densidade do solo foi maior no último, chegando a 18,7% no Haplorthod. A intensidade de tráfego do forwarder e a presença de resíduos de plantas na superfície do solo afetaram significativamente a ocorrência de compactação do solo. No horizonte BA, o aumento da densidade do solo em decorrência da intensidade de tráfego do forwarder foi de 3 passadas ~ 6 passadas < 12 passadas ~ 16 passadas. O aumento de densidade do solo foi maior no Haplorthod, atingindo 32% após 16 passadas sobre o solo descoberto. Regressões lineares significativas foram obtidas a partir do número de passadas do forwarder e o aumento na densidade do solo.

Compressibilidade e elasticidade de um Vertissolo afetado pela intensidade de pastejo bovino / Compressibility and elasticity of a Vertissol affected by the intensity of grazing cattle

O fornecimento de pastagem em quantidade e qualidade em áreas de campo nativo é objetivo dos agropecuaristas. Neste trabalho, avaliou-se o impacto de três intensidades de pastejo por bovinos de corte, em área de campo natural melhorado com trevo branco e trevo vermelho, na densidade do solo (Ds), pressão de pré-consolidação (σp), índice de compressão (Ic) e no índice de relaxação (Ir) de um Vertissolo derivado de basalto. A área está localizada no campo experimental pertencente ao INIA Glencoe, na região Centro-Norte do Uruguai (Latitude: 32°41'S e Longitude: 56°16'O). O solo tem profundidade de 0,92m, textura argilo-siltoso (0,58kg kg-1 de argila) e estrutura granular. A intensidade de pastoreio configurou os tratamentos: sem pastoreio (SP), pastoreio com baixa carga (que consiste no pastoreio de 20 animais por hectare de 385kg aproximadamente de peso vivo, durante 4 dias) (PCB) e pastoreio com carga alta (40 animais por hectare de 385kg aproximadamente de peso vivo durante 4 dias) (PCA). A análise estatística constou de comparações entre médias de Ds, p, Ic e Ir do solo nos três tratamentos, pelo teste t de Student a 5% de significância. O PCA não provocou aumento de Ds em relação ao SP, nem alterações significativas na ?p e no Ic, indicando que o maior volume do material orgânico na superfície do Vertissolo proporcionou alta capacidade de suporte da carga, baixa susceptibilidade à compactação e alta elasticidade do solo. O maior Ir da camada superficial em relação à subsuperficial condicionou maior capacidade de recuperação de deformação, pois o PCA não provocou alterações significativas na σp e no Ic, em relação ao SP e PCB.

The supply of pasture quantity and quality in areas of native grassland is goal of ranchers. In this study we evaluated the impact of three grazing intensities by beef cattle in an area of unspoilt countryside with improved white clover and red cloveron soil bulk density (Bd), pre-consolidation pressure (sp), compression index (Ci) and the relaxation index (Ri) in a Vertisol derived from basalt. The experiment was conducted in an area of unspoilt countryside with improved white clover and red clover, subjected to three intensities of grazing, located in the experimental field of INIA Glencoe, in the Centre-North of Uruguay (Latitude: 32°41'S and Longitude: 56°16'W). The soil has a depth of 0.92m, clayey silt (0.58kg kg-1 clay) and has granular structure. The intensity of grazing configured the treatments: no grazing (SP), grazing with low load (consisting of grazing animals per hectare from 20 to approximately 385kg of body weight, during 4 days) (PCB) and grazing with high load (40 animals per hectare of approximately 385kg live weight, during 4 days) (PCA). Statistical analysis consisted of comparing averages of Bd, sp, Ci and Ri in the three soil treatments by Student's t test at 5% of significance. PCA caused no increase in relation to the Ds SP nor significant changes ?p and Ic, indicating that the bulk of the organic material provided on the surface of Vertisoil high load bearing capacity, low compaction susceptibility and high elasticity of the soil. The most superficial layer of Ri with respect to subsurface conditioned more resilient deformation, because the PCA were no significant changes in σp and Ic against the SP and PCB.

Compressibilidade de um Argissolo Vermelho-Amarelo trafegado e escarificado / Compressibility of a trafficked and chiseled Alfisol

O tráfego de máquinas agrícolas é considerado uma das principais fontes da compactação do solo. Uma prática utilizada para minimizar os efeitos da compactação é a escarificação, porém a haste escarificadora pode causar compactação subsuperficial. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do tráfego de máquinas na compressibilidade de um Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico arênico, de textura franco arenosa e avaliar o comportamento mecânico desse solo abaixo da linha de atuação da haste escarificadora. Os tratamentos investigados foram: semeadura direta há 13 anos, semeadura direta há 13 anos com tráfego adicional (intensidade de tráfego de 24,67Mg km ha-1), cultivo mínimo recém implantado e cultivo mínimo recém implantado com tráfego adicional. Para a determinação da densidade do solo, de índice de vazios, da pressão de preconsolidação e do coeficiente de compressão, foram coletadas amostras nas camadas de 0,0-0,10m, 0,10-0,20m, 0,20-0,30m e 0,30-0,40m. O tratamento semeadura direta há 13 anos apresentou a menor capacidade de suporte e maior suscetibilidade à compactação. A intensidade de tráfego de 24,67Mg km ha-1 aumentou a densidade do solo e reduziu o índice de vazios até 0,20m. A escarificação não afetou a pressão de preconsolidação e o coeficiente de compressão do solo na camada abaixo da linha de atuação da ponteira do escarificador.

Farm machinery wheeling is considered a major source of soil compaction. The use of chisel plow can minimize such effects, but the chisel can cause subsurface compaction. The aim of this study was to evaluate the effect of traffic and is present below the compaction layer thought compressive parameters of soil. The treatments investigated were: no-tillage, no-tillage with additional traffic (traffic intensity of 24.67Mg km ha-1), no-tillage chiseling recent implanted, no-tillage with additional traffic and chiseling recent implanted. For the density, void ratio, preconsolidation pressure and coefficient of compressibility determination in the layers 0.0-0.10m, 0.10-0.20m, 0.20-0.30m and 0.30 to 0.40m samples were collected. The treatment no-tillage showed the lowest load support capacity and greater susceptibility to compaction. The traffic intensity of 24.67Mg km ha-1 increased bulk density and decreased void ratio until 0.30m depth. The chisel plow did not affect the preconsolidation pressure and coefficient of compressibility of soil layer below the line of action of the chisel tip.

Propriedades físicas e mecânicas de latossolos em diferentes manejos florestais / Physical and mechanical properties of Latosols in different forest management

Com a intensa mecanização das operações florestais, a compactação do solo, causada pelo tráfego, pode ser limitante para a obtenção de maiores produtividades.Objetivou-se, neste estudo, avaliar as alterações em algumas propriedades físicas e mecânicas dos seguintes Latossolos: a) Latossolo Vermelho-Amarelo devido a distintas intensidades de tráfego e carga de um Forwarder na Região de Santa Maria de Itabira, MG; b) Latossolo Amarelo e um Latossolo Vermelho devido à distintas intensidades de tráfego de um Forwarder sobre diferentes condições de disposição de resíduos nas Regiões de Belo Oriente e São João Evangelista, MG. Na Região de Santa Maria de Itabira, foram coletadas, nas profundidades de 0-3 e 10-13 cm, 10 amostras indeformadas onde não houve tráfego e na linha de tráfego o Forwarder percorreu 2, 4 e 8 vezes e no local esse passou 4 vezes com 1/3, 2/3 e 3/3 de sua carga. Nas Regiões de Belo Oriente e São João Evangelista, foram coletadas 20 amostras indeformadas na linha de tráfego e o Forwarder trafegou 2 e 8 vezes, em quatro condições de disposição de resíduos. As amostras indeformadas foram utilizadas nos ensaios de compressão uniaxial. Determinaram-se também as características físicas e químicas dos solos. Todas as intensidades tráfego e carga do Forwarder na Região de Santa Maria de Itabira causaram compactação no solo, principalmente na profundidade de 10-13 cm. Nas Regiões de Belo Oriente e São João Evangelista, o número de passadas do Forwarder igual a 8 foi a que causou maior compactação do solo, sendo essa minimizada nas condições de resíduos galhada mais casca e galhada.

With the intense mechanization of forest operations, soil compaction, caused by the traffic, may limit high productivities. The objective of this study was to evaluate the alterations in the physical and mechanical properties of the following Latosol: a) Red-Yellow Latosol due to different traffic intensities and load of a Forwarder in the Santa Maria de Itabira region - MG; b) Yellow Latosol and a Red Latosol due to different traffic intensities of a Forwarder on different residue disposition in the Belo Oriente and São João Evangelista regions, MG. In the Santa Maria de Itabira region, it were collected at 0-3 and 10-13 cm depths, 10 undisturbed soil samples with no traffic and where the Forwarder trafficked 2, 4 and 8 times and in the place where the Forwarder trafficked 4 times with 1/3, 2/3 and 3/3 of its load. In the Belo Oriente and São João Evangelista regions, 20 undisturbed soils samples were collected in the traffic line where the Forwarder trafficked 2 and 8 times, in four conditions of residue disposition. The undisturbed soil samples were used in the uniaxial compression. It was also determined, physical and chermical characteristics of the soils. All the traffic intensities and load of the Forwarder in the Santa Maria de Itabira region caused soil compaction mainly at 10-13 cm depth. I the Belo Oriente and São João Evangelista regions, the number of passes of the Forwarder equal to 8 caused greater compaction of the soil, being minimized, in the residue conditions of Brushwood plus Bark and Brushwood.