Relação Solo-Água

Manejo de irrigação Parâmetros solo-planta-clima

FEAGRI/UNICAMP - Prof. Roberto Testezlaf

Relações água e solo

• Fases do solo

– Sólida

– Líquida (Água/Solução)

– Ar


Fase sólida Densidades do solo e de partícula

• Densidade de partícula (real)

– Relação entre a massa de uma amostra de solo e o volume ocupado pelas suas partículas sólidas.

– Desconsidera a porosidade presente no volume;

– Valores variam entre 2,3 a 2,9 g cm-3 (média de 2,65)

– Valor é determinado pela mineralogia do solo.

s

sp

V

m


Densidades do solo e de partícula • Densidade do solo (aparente)

– relação entre a massa de uma amostra de solo seca a 110°C e a soma dos volumes ocupados pelas partículas e pelos poros.

– Valor varia entre 1,1 a 1,6 g cm-3;

– Quanto maior o valor da densidade do solo:

• Maior é a compactação e restrição para o crescimento e desenvolvimento das raízes e das plantas

• Menor a estruturação do solo e porosidade total

was

s

t

ss

VVV

m

V

m


• Umidade (base massa)

– relação entre a massa de água de uma amostra de solo e a massa das partículas.

• Umidade (base volume)

– relação entre o volume de água de solo e o volume total de uma amostra .

Fase líquida - Umidade ou teor de água

s

w

m

m

was

w

t

w

VVV

V

V

Vθ


• Porosidade: relação entre o volume de poros e o volume total da amostra.

– Valores médios da porosidade do solo:

• Arenosos: 35 – 50%

• Argilosos: 40 – 60%

• Orgânicos: 60 – 80%.

– Solo saturado: água ocupa todo espaço poroso

– Solo seco: poros estão ocupados pelo ar

Fase ar - Porosidade

was

wa

t

p

VVV

VV

V

V


• Porosidade e densidades

• Umidades e densidade do solo

– Para se obter a umidade do solo na base volume é preciso determinar a sua densidade.

Relações entre parâmetros

sω.ρθ

p

s

1


Lâmina de Água

• Quantidade de água fornecida por irrigação ou utilizada pela planta e armazenada pelo solo é medida em mm:

• Se aplicarmos 1 Litro de água sobre uma superfície plana e impermeável de 1 m2, obteremos uma lâmina líquida de 1 mm

• Para uso de lâmina é preciso conhecer a umidade do solo base volume.

)(m Área

(Litros) Volumeh(mm)

2


20,0%20 θ1 cm

1 c

m

Volume da amostra de solo = 1 x 1 x 1= 1 cm3

Volume de água na amostra = 0,20 x 1 = 0,2 cm3

Como a área da amostra tem 1 cm2 esse volume de água representaria uma altura de:

Lâmina de Água

2 mm mmcm

cm

cm22,0

21

320,0

Área

Volumeh(mm)


Prática – água e solos

1. Coletou-se uma amostra de solo na camada de 0-10cm, com anel volumétrico de diâmetro de 7,5cm e 7,5cm de altura. O peso úmido da amostra do solo foi 560g e após 48 horas em estufa à 105 oC, seu peso permaneceu constante e igual a 458g. Determine:

– a densidade do solo, a umidade base massa, a umidade base volume, porosidade.

– a densidade das partículas do solo, sabendo que a amostra após a secagem foi colocada em uma proveta contendo 100cm3 de água, lendo-se então, um volume de 269cm3.

– lâmina armazenada nessa camada.

2. Calcular a lâmina de água em mm que deve ser adicionada pela irrigação para trazer a umidade volumétrica do solo ao valor de 0, 34 na camada de 0-10 cm. Qual o tempo de irrigação se o sistema de aspersão aplica 10 mm/h a uma eficiência de 75%?


Armazenamento de Água no Solo

A água armazenada em um perfil de solo é a somatória das

alturas de água (h= ) para cada incremento de profundidade.

AL = i

ou

onde z é a profundidade do solo

Obs.: as variações de umidade no perfil do solo são reflexos

das taxas de evapotranspiração, chuva, irrigação e

movimentos de água no perfil de solo.

dzA

Z

L .0


Armazenamento de Água no Solo 3. Determinou-se em campo os valores de umidade

volumétrica em função da profundidade nos dias 22/07 e

30/07, num determinado solo. Calcular a variação de

armazenagem até a profundidade de 0,40 m no período.

4. Um agricultor precisa irrigar sua plantação de feijão que

tem os seguintes valores da umidade do solo (base volume):

(0-20) 20% e (20-40) 24%. Se o agricultor deseja elevar a

umidade até a capacidade de campo (30%), qual a lâmina

total que ele deve aplicar?.

Camada (cm) 22/07 30/07

0 – 10 0,33 0,25

0 – 20 0,30 0,21

0 – 30 0,27 0,18

0 - 40 0,24 0,20


• Processo de retenção de água no solo.

– Resultante de forças capilares (adesão) e de adsorção que surgem devido a interação entre a água e as partículas sólidas do solo, isto é, a matriz do solo;

– Essas forças atraem e fixam a água no solo;

Armazenamento de água no solo


Energia da água no sistema Solo-Planta

• O estado de energia da água determina se ela está em equilíbrio ou se movendo no perfil do solo.

• O potencial total da água ( ), em dada posição, determinar seu movimento no sistema solo-planta-atmosfera.

Ψt = Potencial total da água

Ψg = Potencial gravitacional

Ψm = Potencial matricial

Ψp = Potencial de pressão

Ψo = Potencial osmótico

opmgt


• É medido no campo com uso de tensiômetros

Tensão de água no solo

Vacuômetro Tensímetro


Curva característica de umidade do solo • Gráfico do Potencial Matricial (Ψm)em função de θ (bv)

• Para um determinado valor de potencial matricial corresponde a um valor característico de umidade.

• Determinada em laboratório com uso de panelas de pressão (Placa de Richards) – Panela de pressão, placa cerâmica porosa e equipamentos de produção e

controle de pressão e balança de precisão;

– Possível utilizar amostras indeformadas como deformadas.


0

1

10

100

1000

10000

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60

UMIDADE (m3/m3)

PO

TE

NC

IAL

MA

TR

ICIA

L (

kP

a))

0 - 20 cm

20 - 40 cm

Curva característica de umidade do solo


o Capacidade de Campo

cc = umidade para (-0,1 a -0,3)

Valor recomendado de 0,1 bar

o Ponto de Murcha Permanente

pmp = umidade para (-15 bar)

o Disponibilidade Total de Água

DTA (mm/cm) = CC – PMP

o Capacidade de Água Disponível

CAD (mm) = DTA . Z

Constantes de umidade do solo


Saturação Capacidade de Campo Ponto de murcha permanente

Constantes de umidade do solo


Constantes de Umidade (Exemplo)

0

1

10

100

1000

10000

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60

UMIDADE (m3/m3)

PO

TE

NC

IAL

MA

TR

ICIA

L (

kP

a))

0 - 20 cm

20 - 40 cm

5. Calcular o valor da DTA para cada profundidade e de CAD para a profundidade de 40 cm


Constantes de Umidade (Aplicação)

6. Planejou-se um experimento de campo para verificar o efeito da irrigação na cultura do milho, profundidade de raiz de 40 cm, utilizando-se dois tratamentos T1= esgotamento de 20% da CAD (capacidade de água disponível) e T2= esgotamento de 50% da CAD. Utilizando a mesma curva do exercício anterior, calcule o valor da lâmina de irrigação que deve ser aplicado em cada tratamento se a eficiência de 80%.


• Modelo de Van Genutchen (1980)

– Mais utilizado para representar o ajuste dos dados de umidade volumétrica com potencial matricial.

– Sendo

• Θr = umidade residual

• α, n e m = parâmetros do solo

Curva característica de retenção de água

mn

m

rsr

).(1


Disponibilidade Total de Água Textura do solo

Textura do Solo DTA

(mm de água/cm de solo)

Grossa 0,4 a 0,8

Média 0,8 a 1,6

Fina 1,2 a 2,4


• Processo de entrada de água no solo através de sua superfície.

– Taxa de infiltração é a quantidade de água que atravessa a unidade de área da superfície do solo por unidade de tempo

– Importante para evitar a ocorrência de escoamento superficial e erosão nas áreas irrigadas.

Infiltração da água no solo


• Equação de Kostiakov (1932)

– onde z = lamina infiltrada acumulada (mm), t = tempo de infiltração (h) e k, a = parâmetros da equação, sendo a taxa de infiltração i (mm/h) igual a:

Infiltração da água no solo

at.kz

)1().( atkadt

dzi


Infiltração – tipo de solo


Infiltração – Aplicação 7. Sabendo que a equação de infiltração de um solo é igual a:

• sendo Z = lâmina infiltrada em mm e t = tempo de infiltração em minutos,

determine o valor da velocidade de infiltração básica deste solo em mm/hora.

𝑍 = 4,5 𝑡0,61


• Potencial do solo em absorver água pela superfície.

• Diferente da taxa real de infiltração que acontece quando há disponibilidade de água para penetrar no solo.

– A curva de infiltração da água no solo só coincide com a curva de capacidade de infiltração quando ocorre precipitação na superfície com intensidade igual ou superior à capacidade de infiltração.

Capacidade de infiltração


Infiltração – Aplicação 8. Em um projeto de irrigação por aspersão selecionou-se um aspersor que opera a 2,5 kgf/cm2, fornecendo uma vazão de 2,5 m3/h para o espaçamento de 12 m por 12 m. Determine se ocorrerá escoamento superficial para um tempo de irrigação de 3 horas, sabendo que o solo da área irrigada possui a seguinte equação de infiltração:

• sendo: Z = lâmina infiltrada acumulada (mm) e

t = tempo acumulado (horas)

𝑍 = 60 𝑡0,13


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