Alterações físicas introduzidas por diferentes níveis de compactação em latossolo vermelho-escuro textura média

Physical alterations induced by compaction of a coarse silty dark red latosol

Resumos

Visando avaliar o efeito de diferentes níveis de compactação nos atributos físicos: densidade do solo, porosidade total, conteúdos volumétricos de sólidos e de água e distribuição dos poros para retenção de água/ar, diferentes quantidades de massa de um Latossolo Vermelho-Escuro textura média foram introduzidas mediante uma prensa hidráulica em anéis de PVC de 0,88 dm³. Utilizando fórmulas desenvolvidas na mecânica dos solos e com os valores de densidades obtidos no feixe de raios-gama e densidade de partículas, observou-se que a aplicação de uma carga (pressão) sobre o solo reduziu linearmente tanto a porosidade total como o espaço de aeração, e aumentou na mesma magnitude os conteúdos volumétricos de sólidos e o de água.

porosidade; densidade; feixe de raios-gama

ALTERAÇÕES FÍSICAS INTRODUZIDAS POR DIFERENTES NÍVEIS DE COMPACTAÇÃO EM LATOSSOLO VERMELHO-ESCURO TEXTURA MÉDIA¹

ELIAS NASCENTES BORGES², FRANCISCO LOMBARDI NETO³, GILBERTO FERNANDES CORRÊA² e ELOÁ VELASQUE SILVA BORGES⁴

RESUMO - Visando avaliar o efeito de diferentes níveis de compactação nos atributos físicos: densidade do solo, porosidade total, conteúdos volumétricos de sólidos e de água e distribuição dos poros para retenção de água/ar, diferentes quantidades de massa de um Latossolo Vermelho-Escuro textura média foram introduzidas mediante uma prensa hidráulica em anéis de PVC de 0,88 dm³. Utilizando fórmulas desenvolvidas na mecânica dos solos e com os valores de densidades obtidos no feixe de raios-gama e densidade de partículas, observou-se que a aplicação de uma carga (pressão) sobre o solo reduziu linearmente tanto a porosidade total como o espaço de aeração, e aumentou na mesma magnitude os conteúdos volumétricos de sólidos e o de água.

Termos para indexação: porosidade, densidade, feixe de raios-gama.

PHYSICAL ALTERATIONS INDUCED BY COMPACTION OF A COARSE SILTY DARK RED LATOSOL

ABSTRACT - This research was conducted with the objective of studying physical alterations due to different levels of compaction in a coarse silty Dark Red Latosol (Oxisol). Compaction was obtained through a hydraulic press and bulk densities were checked in a gamma ray apparatus. Using soil mechanical equations, it was observed that the application of a strength over the soil reduced the total porosity and the aeration space, while increased in the same proportion the solid and water volumetric content.

Index terms: porosity, bulk density, gamma ray apparatus.

INTRODUÇÃO

Graças à rápida evolução nas pesquisas em fertilidade do solo e adubação, grandes extensões do domínio dos cerrados foram e estão sendo incorporadas ao sistema produtivo. Contudo, após alguns anos sob utilização intensiva, tem sido verificada a degradação das propriedades físicas do solo, refletindo negativamente na produtividade agrícola e na conservação do solo desse recurso natural.

Intensa desestruturação do solo e a subseqüente movimentação vertical de argilas, seguida de deposição na subsuperfície, pode estar provocando a formação de camada compactada logo abaixo da camada arável (Carvalho Júnior, 1995). O aumento do conteúdo volumétrico de sólidos traduz-se em aumento da densidade do solo e drástica redução na macroporosidade, na quantidade de água prontamente disponível à planta, e na aeração (Alvarenga et al., 1996). Essas alterações, além de favorecerem a formação de ambiente redutor, com possibilidade de profundas alterações químicas, comprometem a infiltração de água e a penetração das raízes, tornando os solos mais suscetíveis à erosão (Brady, 1979; Primavesi, 1990; Vepraskas & Wagger, 1990).

Montovani (1987) atribui a gênese dessa camada compactada ao uso excessivo de máquinas. Oliveira (1992) destaca, neste processo, a dispersão de argila, provocada por uma maior taxa de oxidação da matéria orgânica do solo, e por alterações químicas quando esses solos são colocados em produção agrícola. Jucksch (1987), Sumner (1992) e Carvalho Júnior (1995) enfatizam que a dispersão de argila se dá pelas intensas calagens e adubações realizadas nos solos quando em produção.

A avaliação dessas alterações introduzidas pelo uso agrícola intensivo do solo é importante na medida em que estas se relacionam com decréscimos na produção agrícola e ainda predispõem o solo à erosão. Linhas de pesquisas que visem à correção ou prevenção dessas alterações devem ser precedidas de estudos básicos.

Esta pesquisa teve por objetivo avaliar o efeito de diferentes níveis de compactação nos atributos físicos: densidade do solo, porosidade total, conteúdos volumétricos de sólidos e de água e distribuição dos poros para retenção de água ou ar.

MATERIAL E MÉTODOS

O experimento foi conduzido no laboratório do Departamento de Ciências do Solo da USP/ESALQ, Piraci-caba SP, no período de dezembro de 1993 a julho de 1994, utilizando amostras de Latossolo Vermelho-Escuro álico, A moderado, textura média (Embrapa, 1982), coletadas na camada de 10-30 cm, no município de Uberlândia, MG. A análise laboratorial da amostra conforme metodologia preconizada pela Embrapa (1979) revelou os seguintes atributos químicos e físicos: pH(H₂O) = 4,2; P = 0,15 mg kg^-1; K = 0,3 mmol_c kg^-1; Al = 8,5 mmol_c kg^-1; Ca = 0,4 mmol_c kg^-1; Mg = 0,2 mmol_c kg^-1; H + Al = 21,0 mmol_c kg^-1; M.O. = 7,2 g kg^-1; areia grossa = 50 g kg^-1; areia fina = 550 g kg^-1; silte = 214 g kg^-1; argila = 186 g kg^-1; capacidade de campo (cc) = 18, 68%.

Para execução do experimento, os tratamentos corresponderam a quatro níveis de compactação, necessários para atingir as densidades do solo de: 1,32 (normal),1,47, 1,62 e 1,77 kg dm^-3.Como recipiente, utilizaram-se anéis de PVC de 15 cm de diâmetro, altura de 5 cm e volume de 0,88 dm³. Cada um dos tratamentos recebeu 1,16, 1,30, 1,43 e 1,56 kg de solo (TFSA) e uma quantidade de água equivalente a 70% da capacidade de campo, destinada a facilitar o processo da compactação. Mediante o uso de uma prensa hidráulica marca Sewa, com capacidade de carga de até 100 toneladas, e um disco de ferro de diâmetro igual ao do anel (15 cm) acoplado à cabeça do hidráulico, foram aplicadas cargas de 0,00, 5,94, 9,05 e 13,58 MPa, visando obter as densidades de 1,32 (sem compactação), 1,47, 1,62 e 1,77 kg dm^-3. Obtidos os níveis de compactação de 0, 1, 2 e 3, os blocos compactadosforam submetidos ao espectrômetro de raios-gama para determinação da densidade do solo, pelo método da atenuação de radiação gama, conforme metodologia proposta por Davidson et al. (1963) citado por Ferraz (1974).

Durante a compactação, o anel de PVC foi introduzido no interior de um protetor construído com chapa de ferro de 10 mm de espessura, com formato de "meia cana", para aumentar a resistência do anel de PVC à deformação ou à ruptura, quando o material de solo era submetido à carga da prensa hidráulica.

Com os valores da densidade do solo ¾ obtidos no aparelho de raios gama (DsRGA) ¾ e da densidade das partículas (Dp)¾ obtida pelo método do balão volumétrico (Embrapa, 1979) ¾, foram calculados, com as fórmulas desenvolvidas na teoria da mecânica de solo, os seguintes atributos físicos do solo:

porosidade total do solo (PtCAL) = (Dp - DsRGA)/Dp*100;

conteúdo volumétrico de matéria sólida (MSOL) = 100 - PtCAL;

poros ocupados com água (POA) = 0,70*CC*DsRGA;

poros livres de água (PLA) = PtCAL - POA.

Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância e de regressão polinomial pelo SANEST, de autoria de Zonta et al. (1984), adotando 5% de probabilidade como nível de significância.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A amostra do solo utilizada apresentou, no nível de compactação (NC) zero, ou seja, na densidade do solo de 1,32 kg dm^-3,atributos físicos próximos dos considerados adequados para o desenvolvimento de plantas, propostos por Fried & Broesart (1967), quais sejam: valores médios de 0,495 dm³ dm^-3 do conteúdo de sólidos (MSOL), e de 0,505 dm³ dm^-3 da porosidade total (PtCAL). Desse espaço poroso, 0,173 dm³ dm^-3 estavam ocupados com água, e 0,332 dm³ dm^-3, com ar (Tabela 1).

Com a introdução dos níveis de compactação, pode ser observado (Tabela 1) que o conteúdo volumétrico de sólidos (MSOL) aumentou, em média, de 0,495 dm³ dm^-3 para 0,652 dm³ dm^-3, enquanto o espaço poroso total (PtCAL) reduziu, em média, de 0,505 dm³ dm^-3 para 0,348 dm³ dm^-3. A compactação, portanto, provocou inversão na relação poros ocupados com ar (PLA)/poros ocupados com água (POA) (Tabela 1).

Nota-se que a compactação nível 3, exe- cutada para obter a densidade do solo de 1,77 kg dm^-3, reduziu os poros livres de água (PLA), ou seja, os poros de aeração de 0,332 dm³ dm^-3 para 0,120 dm³ dm^-3, equivalendo a uma redução de 175%, em média.

O conteúdo volumétrico de água (POA) aumentou de 0,173 dm³ dm^-3 para 0,228 dm³ dm^-3, equivalendo a um aumento médio de 32%. Esta distribuição está, portanto, distante daquela considerada adequada para o crescimento de plantas, proposta como sendo de 25% para cada fração (Fried & Broesart, 1967). Resultados semelhantes foram também observados por Alvarenga et al. (1996).

Para atingir os níveis de compactação propostos, com densidades de: 1,32, 1,47, 1,62 e 1,77 kg dm^-3 foi fixado o volume do anel e variou a massa de TFSA. Na Tabela 1, observa-se que as densidades determinadas pelo aparelho de raios-gama encontram-se próximos aos valores inicialmente propostos. A análise de variância da diferença entre a densidade proposta metodologicamente e a lida no aparelho de raios-gama, indicou não haver significância entre dois valores.

Quanto ao efeito da compactação (X) nos va- lores de densidade do solo (Y), avaliado pelo feixe de raios-gama, verifica-se o ajuste de uma equação de regressão com comportamento quadrático, = - 1,39 + 2,87X - 0,62X² (r = 0,99^**). Como a derivada primeira dessa equação fornece, como ponto de máximo, a densidade de 2,32 kg dm^-3, fez-se opção pela equação linear, = 0,07 + 0,95X, com r = 0,99^**. Essa equação indica que a densidade do solo foi sempre crescente com os níveis de compactação aplicados.

Oliveira (1992) afirma que a compactação não ocorre somente por meios antrópicos ou mecânicos, mas ainda por processos naturais como: ação da chuva, ventos, dispersantes químicos naturais do solo, e ciclos de umedecimento e secagem.

A relação entre o conteúdo volumétrico de sólidos e a porosidade total, nos diferentes níveis de compactação, seguiu comportamento linear inverso entre si. Isto é, enquanto o conteúdo volumétrico de sólidos cresceu linearmente com a compactação, conforme equação = 2,84 + 35,58X, r = 0,99^**, a porosidade total, caracterizada pela equação = 0,97 - 0,36X, r = 0,99**, decresceu significativamente na mesma proporção, uma vez que a regressão quadrática ajustada, = 1,52 - 1,07X + 0,23X², r = 0,99^**, embora apresente efeito significativo pelo teste de t, possui o ponto de mínima porosidade fora do intervalo de densidade considerado nesta pesquisa, ou seja, em 2,32 kg dm^-3.

Observando-se a equação linear = 0,97 - 0,36X, percebe-se que a porosidade total calculada encontra-se próximo à porosidade original do solo no intercepto da curva e vai diminuindo a uma taxa de aproximadamente 10%, com os níveis crescentes de compactação, conforme demonstra o coeficiente angular da equação. Desse modo, as pressões de 5,94, 9,05 e 13,58 MPa, a que foram submetidas as amostras de solos para se obter as densidades de 1,47, 1,62 e 1,77 kg dm^-3, respectivamente, certamente foram suficientes para promover a ruptura dos agregados, aproximar as partículas primárias do solo, e reduzir sua porosidade.

Grohmann (1975) afirma que qualquer alteração na estrutura original do solo, seja pelo manejo incorreto durante uso agrícola, pisoteio de animais, ou qualquer outra força externa, irá provocar diminuição do espaço poroso, com surgimento de camada compactada.

O aumento no conteúdo volumétrico de sólidos pela aplicação da compactação afetou a distribuição dos poros por tamanho. A pressão mecânica exercida sobre os agregados pela compactação, deve ter provocado a ruptura destes, facilitando a aproximação das partículas. A conseqüência imediata é a redução da porosidade total, pela diminuição dos poros maiores, com aumento no número de poros menores. Tais condições poderão propiciar a formação de um ambiente redutor, com drásticas alterações nos processos dinâmicos e biológicos do solo, como já observado por Raij (1987) e Primavesi (1990).

Essa observação é semelhante à de Alvarenga et al. (1996) que, ao compactar manualmente um Latossolo Vermelho-Amarelo para obter a densidade de 1,40 kg dm^-3,obtiveram uma redução da macroporosidade de 0,31 dm³ dm^-3 para 0,10 dm³ dm^-3.

Silva (1984), também trabalhando com compactação de solo, observou que os poros maiores do que 0,005 mm sofreram reduções de quantidade, enquanto os menores do que este tamanho sofreram incrementos.

Paralelamente à redução na porosidade total calculada, houve aumento no conteúdo volumétrico de água (POA), e drástica redução no espaço de aeração do solo (PLA), conforme dados da Tabela 1. Análises de regressão desses dados possibilitaram estabelecer que tanto o aumento no conteúdo volumétrico de água () como a redução do espaço de aeração () possuíam comportamentos lineares, conforme equações: = 0,90 + 12,49X e = 0,95 - 0,47X , com r = 0,99^** de ajuste de ambas as equações.

O aumento linear do conteúdo volumétrico de água e a conseqüente redução no espaço de aeração em decorrência da compactação poderão ter importantes implicações no suprimento de oxigênio, disponibilidade de nutrientes, e elementos em níveis tóxicos às plantas e aos microorganismos, como já constatado (Brady, 1979; Raij, 1987; Carvalho Júnior, 1995).

Outra preocupação com a redução da aeração do solo e o aumento do conteúdo volumétrico de água, como observado na Tabela 1, refere-se ao fato de este aumento na retenção de água pela compactação não implicar maior disponibilidade desta para as plantas. A força com que a água passa a ser retida nos microporos estabelecidos pela compactação é superior à capacidade que as plantas possuem para extraí-la, conforme relatado por Borges et al. (1987). Stone et al. (1994) também afirmam que o aumento na disponibilidade pode não ocorrer, como observaram em um Latossolo Vermelho-Escuro argiloso, após sete anos de cultivos sucessivos de arroz e feijão, sob pivô central. Nessas condições, observaram que na camada de 0 a 20 cm a água disponível diminui de 10,6 mm para 8,0 mm, enquanto na camada de 20 a 40 cm o decréscimo foi de 9,0 para 7,2 mm, com a evolução da compactação do solo.

Em um solo compactado, ocorre diminuição na porosidade livre de água, com conseqüente decréscimo em sua permeabilidade, tanto da água como das trocas gasosas. A baixa aeração induz à ramificação das raízes adventícias superficiais, tornando-as menos eficientes na absorção de água, nutrientes e trocas gasosas, conforme afirmam Camargo & Alleoni (1997).

Dentro desse contexto, Voorhees (1977) observou que o trigo, quando cultivado em solo com camada subsuperficial compactada, apresentava-se mais suscetível ao déficit hídrico do que o cultivado em solo não compactado.

CONCLUSÕES

1. A aplicação dos níveis de compactação proporciona redução, de maneira linear, da porosi-dade total e do espaço de aeração.

2. A aplicação dos níveis de compactação proporciona aumento da densidade do solo, lida no aparelho de raios-gama, e aumento dos conteúdos volumétricos de água e de sólidos.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  02 Dez 2005
• Data do Fascículo
  Set 1999