Spatial distribution of top soil water content in an experimental catchment of Southeast Brazil

ABSTRACT

Soil water content is essential to understand the hydrological cycle. It controls the surface runoff generation, water infiltration, soil evaporation and plant transpiration. This work aims to analyze the spatial distribution of top soil water content and to characterize the spatial mean and standard deviation of top soil water content over time in an experimental catchment located in the Mantiqueira Range region, state of Minas Gerais, Brazil. Measurements of top soil water content were carried out every 15 days, between May/2007 and May/2008. Using time-domain reflectometry (TDR) equipment, 69 points were sampled in the top 0.2 m of the soil profile. Geostatistical procedures were applied in all steps of the study. First, the spatial continuity was evaluated, and the experimental semi-variogram was modeled. For the development of top soil water content maps over time a co-kriging procedure was used having the slope as a secondary variable. Rainfall regime controlled the top soil water content during the wet season. Land use was also another fundamental local factor. The spatial standard deviation had low values under dry conditions, and high values under wet conditions. Thus, more variability occurs under wet conditions.

RESUMO

A umidade do solo é essencial para o entendimento do ciclo hidrológico, uma vez que controla a geração do escoamento superficial, infiltração de água no solo, evaporação do solo e transpiração das plantas. Este trabalho objetivou analisar os padrões espaciais da umidade superficial do solo e caracterizar a média e o desvio padrão espaciais da mesma ao longo do tempo em uma bacia hidrográfica experimental localizada na Serra da Mantiqueira, MG. As medidas da umidade superficial do solo foram conduzidas a cada 15 dias, entre Maio/2007 e Maio/2008, usando um equipamento TDR portátil, em 69 pontos amostrados na camada de 0-20 cm. Procedimentos geoestatísticos foram aplicados em todas as etapas do trabalho. Primeiramente, a continuidade espacial foi avaliada modelando-se o semivariograma experimental. Mapas de umidade do solo foram desenvolvidos com base na cokrigagem usando o padrão de declividade como variável secundária. O regime de chuvas controlou a umidade superficial do solo durante o período úmido, devido aos altos conteúdos de umidade. O uso do solo também foi outro fator fundamental na distribuição espacial da umidade do solo. O desvio padrão espacial apresentou baixos valores sob condições secas e valores mais altos sob condições úmidas.