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RELAÇÃO ENTRE CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA, TEXTURA,
ESTRUTURA E DAS DIVERSAS FORMAS DE USO EM NITOSSOLOS
VERMELHOS FÉRRICOS OCORRENTES NA BACIA DO RIO SÃO
LOURENÇO, MUNICÍPIO DE ITUIUTABA/MG
Luiz Antonio de Oliveira – Prof.º Assistente 2, Curso de Geografia. FACIP - Universidade Federal de Uberlândia. [email protected]
Renata Moreira Gonçalves – Graduanda – Curso de Geografia. FACIP - Universidade Federal de Uberlândia. [email protected]
Emerson Jhammes Francisco Alves – Graduando – Curso de Geografia. FACIP - Universidade Federal de Uberlândia. [email protected]
RESUMO
O presente trabalho tem por objetivo determinar a relação entre condutividade
hidráulica, textura, estrutura de nitossolos vermelhos férricos, ocupados por diversos
usos, localizados na Bacia do Rio São Lourenço, município de Ituiutaba/MG. Foram
coletadas amostras em 3 pontos distintos (nomeados como 2, 3 e 4), tendo seus usos
relacionados, em ordem, por cultura anual, pastagem e mata nativa. Foram empregadas
as técnicas de anéis concêntricos e open end hole para determinação da condutividade
hidráulica (k) na superfície e nas profundidades de 0,5, 1,0 e 1,5 m de profundidade do
solo, respectivamente. A descrição pedológica, bem como a caracterização estrutural,
foram feitas com base em observações de campo, seguindo-se as orientações do Sistema
Brasileiro de Classificação de Solos (1999). Texturalmente as amostras apresentam
predomínio da fração argila. Os valores relacionados às porcentagens médias,
representativas das distintas profundidades nos pontos de amostragem 2, 3 e 4, são de
56, 50 e 59% fração argila, respectivamente. Os valores de condutividade hidráulica na
superfície do terreno nos pontos 2, 3 e 4, foram de 8,9.10-05, 1.0.10-04 e 1,9.10-05,
respectivamente. A 0,5 m de profundidade os valores de condutividade nos pontos 2, 3 e
4 foram 6,04.10-06, 8,9.10-07 e 3,3.10-06, respectivamente; para a profundidade de 1,0 m,
os valores levantados nos referidos pontos são de 2,3.10-06, 2,0.10-06 e 1,28.10-06,
respectivamente, e para a profundidade de 1,5 m, os valores são 1,43.10-06, 1,06.10-06 e
1,2.10-06, respectivamente. Estruturalmente, os solos 2 e 3 apresentam porosidade
secundária na forma de fendas, típicas de atividades de argilas. Diante da pouca
variação textural dos solos dos distintos locais, na análise das relações, foram
consideradas apenas a estrutura e o uso do solo. Os resultados demonstraram que, ao
contrário do esperado, os valores superiores de condutividade hidráulica estão
relacionados aos solos sob uso de pastagem e de cultura anual. Porém, quando se
relaciona a condutividade hidráulica (k) com a estrutura do solo, nota-se que os maiores
valores de condutividade estão relacionados aos solos mais estruturados. Conclui-se
que, em solos de mesma granulometria, a estrutura do solo exerce um maior controle
sobre a infiltração de água, quando comparado ao controle exercido pelo uso.
ABSTRACT
The present work has for objective to determine the relation between hydraulical
conductivity, texture, structure of ferric, red nitosoils for diverse uses, located in the
watershed of São Lourenço River, city of Ituiutaba/MG. Samples in 3 distinct points
had been collected (nominated as 2, 3 and 4), having its related uses, in sequence, for
year agricultural, pasture and native vegetation. The concentrical ring and open end hole
techniques to the determination of the hydraulical conductivity (k) in the surface and in
the depths of 0,5, 1,0 and 1,5 m, respectively. The soil description, as well as the
structural characterization, had been made based on work field observation, following
itself the references of the Brazilian System of Soils Classification (1999). Texturally
the samples presents predominance of the clay fraction. The values related to the
average percentage, representative of the distinct depths in the points of sampling 2, 3
and 4, are of 56, 50 and 59% respectively. In the 0,5 m depth the values of hydraulical
conductivity in the points 2, 3 and 4 were 6,04.10-06, 8,9.10-07 and 3,3.10-06,
respectively; to the depth of 1,0 m, the loaded values in the referenced points are
2,3.10-06, 2,0.10-06 and 1,28.10-06, respectively, and to the depth of 1,5 m, the values are
1,43.10-06, 1,06.10-06 e 1,2.10-06, respectively. Structurally, the soils 2 and 3 presents
second porosities in the form of rifts, typical of clay activity. Ahead of the low textural
variation of the soil of the distinct places, in the analysis of the relations, were
considered only the structure and the soil use. The results demonstrated that, in contrary
of the waited one, the superior values of hydraulical conductivity are related to soil
under use of pasture and year agriculture. However, when relates the hydraulical
conductivity (k) with the soil structure, notices that the biggest values of “k” are related
to the most structure soil. Was concluded that, in soil of same grain size, the soil
structure exerts a bigger control on the water infiltration, when it is compared with the
control exerted by the soil use.
Key-words: Nitosoils, hydraulical conductivity, Ituiutaba/MG
1. INTRODUÇAO
A condutividade hidráulica ou a permeabilidade é a capacidade que o solo
possui de permitir o escoamento de água entre os seus espaços vazios. Esta propriedade
é controlada pela porosidade, estrutura e a granulometria dos solos. Oliveira (2002);
Lousada (2005); Gaspar (2006).
A porosidade é expressa pela porcentagem do volume de vazios em relação ao
volume total da amostra previamente coletada. A porosidade do solo depende do
tamanho e formas dos minerais, assim como da compactação e cimentação dos mesmos.
Quanto mais poroso for um solo, maior será a quantidade de vazios, conseqüentemente
mais permeável. Oliveira (2002).
Devido à composição mineralógica, as argilas moles (argilo-minerais) possuem
menor condutividade hidráulica em relação aos solos arenosos e cascalhentos. (citação)
Conforme a velocidade de percolação da água no subsolo, pode-se classificar a
permeabilidade de um solo. A classificação da pemeabilidade de um solo é feita tendo
como referência a Lei de Darcy, sendo assim, quando o solo que apresenta
condutividade hidráulica superior a 10-7 m/s. De modo contrário, os solos que
apresentam condutividade hidráulica inferior a 10-7 m/s são considerados impermeáveis.
(KARMANN, 2008).
Na região dos cerrados, Troger et al., (2002), determinaram valores de
condutividade de 10-7 em latossolos da região de Caldas Novas/GO, Lousada (2005),
levantou valores de 10-6 em latossolos do Distrito Federal. Oliveira (2002), detrminou
valores de 10-7 em latossolos da região de Araguari/MG.
Neste trabalho foram desenvolvidos estudos referentes à condutividade
hidráulica em nitossolos vermelhos férricos, provenientes de basaltos, ocupados com
usos diversos, distribuídos pela zona rural da Bacia do Rio São Lourenço, municipio de
Ituiutaba/MG. Os dados de condutividade hidráulica foram relacionados à textura e
estrutura dos referidos solos. A análise dos dados permitiu a compreensão da dinâmica
da água de infiltração, desde a superfície do terreno até 1,5 m de profundidade.
2. LOCALIZAÇÃO
O Municipio de Ituiutaba/MG está localizado na Mesoregião do Triângulo
Mineiro (IBGE 2006), estando delimitado pelas coordenadas geográficas 49º52’W/
49º10’W e 18º36S/ 19º,21’S. Possui área de 2.587 Km2 e conta uma população estimada
de 92.427 habitantes (IBGE 2006). Geográficamente o municipio está distante 696 km
da capital mineira Belo Horizonte, ver figura 1. A área urbana possui área aproximada
de 24,2 km2.
Figura 1 – Mapa de loclização de Ituiutaba
OBJETIVO
Determinar a relação entre condutividade hidráulica, textura, estrutura e as
diversas formas de uso em nitossolos vermelhos férricos.
MÉTODOS
Preliminarmente, antecedendo o desenvolvimento de qualquer tema tratado no
trabalho, foi elaborada uma revisão bibliográfica para definição e entendimento das
técnicas e dos métodos a serem empregados.
Posteriormente ao levantamento do referencial teórico, foram realizados 03
trabalhos de campo para a realização dos ensaios de infiltração, reconhecimento
geológico, bem como a descrição e a caracterização macroscópica dos solos analisados.
Em campo a localização geográfica dos pontos amostrados, constantes no
quadro 1 foi feita utilizando aparelho GPX Garmim, Etrex Legend, datum WGS 84 e
coordenadas planas UTM, com acurácia de 7 m.
Ponto Data
Localização Geográfica
(UTM)
Ponto 2 01/09/2008 663706/7903564
Ponto 3 01/09/2008 663663/7903712
Ponto 4 02/09/2008 664306/7902938
Quadro 1 – Localização geográfica dos pontos amostrados.
Utilizou-se os métodos de anéis concêntricos, para determinação da
condutividade hidráulica em superfície, e tubos de PVC, técnica open end hole para a
determinação da condutividade hidráulica nas profundidades de 0,5, 1,0 e 1,5 de
profundidade.
A ferramenta de anéis concêntricos consiste de dois anéis, um externo e outro
interno com diâmetro de 250 mm de largura e 350 mm de altura. A técnica é utilizada
para se determinar a condutividade hidráulica na superficie do terreno, Oliveira (2002),
Troger et al., (2002). De acordo com Souza (2001), o método dos anéis concêntricos
consiste na cravação, na superfície do solo, de dois cilindros concêntricos, ver figura 2.
Esse arranjo resulta na delimitação de dois compartimentos que serão preenchidos com
água: o compartimento externo, delimitado pelo espaço anelar entre as paredes dos
cilindros interno e externo, e o compartimento interno, totalmente delimitado pela
parede interior do cilindro menor. Durante a execução do ensaio, a água infiltrada no
solo a partir do compartimento externo apresenta uma tendência natural de fluir vertical
e lateralmente. A saturação do solo nas porções imediatamente abaixo do
compartimento externo, permite que a água à ser infiltrada no compartimento interno,
percole predominantemente segundo a direção vertical. Logo após o preenchimento dos
cilindros com água, realizam-se, com o auxilio de uma trena, medidas consecutivas do
rebaixamento da altura das coluna d'água no compartimento interno, tomando-se os
respectivos intervalos de tempo decorridos entre uma e outra medida.
Em suma, esta técnica determina o rebaixamento da coluna de água, no interior do
cilindro, em um determinado tempo
Os valores de condutividade hidráulica, utilizando-se os dados levantados em
campo, serão obtidos pela aplicação da fórmula:
Kf = U . I / . t . ln h0/ ht (resultados em m/s)
Onde:
I - Profundidade de cravação (cm);
h0 - coluna d`água inicial;
ht - coluna d`água final;
t - tempo decorrido para o rebaixamento entre h0 e ht.
Figura 2 - Ilustração esquemática do método dos anéis concêntricos.
Autor: SOUZA, M.T; CAMPOS, J.E.G.(2001)
Em contrapartida, a técnica open end hole consiste em se utilizar tubos de PVC,
para determinar o coeficiente de infiltração no subsolo, observando-se o diâmetro e o
cumprimento do tubo, figura 3. Os tubos são introduzidos em poços previamente
perfurados por trados manuais, Souza (2001). Após a cravação do tubo no poço, o
mesmo é preenchido com água até uma altura inicial qualquer (h0). A água infiltrará
exclusivamente pela extremidade inferior do poço. Assim como no teste dos anéis
concêntricos, medem-se as alturas das colunas d'água inicial e final e o intervalo de
tempo decorrido para o rebaixamento.
Figura 3 – Esquematização da técnica open end hole.
Autor: OLIVEIRA,2002.
O resultado do valor da determinação da condutividade hidráulica com o uso
open end hole” é obtido pela aplicação da seguinte equação:
K = r1/ 4 t . 2,303 . log (h1/h2), resultado em m/s.
Onde:
h1 - nível da água no início da medição;
h2 - nível da água após o intervalo de tempo t;
t - tempo de infiltração;
r1 - raio interno do tubo
Granulometria dos Solos
A coleta de solos em campo foi feita utilizando-se trados helicoidais com
diâmetro de 50 mm e hastes com comprimento de até 1,5 m. Foram realizadas
perfurações a 0,50, 1,0 e 1,5 m de profundidade. As amostras foram dispostas em sacos
plásticos, e foram identificadas conforme o ponto de coleta e sua respectiva localização
geográfica. Posteriormente, as amostras foram encaminhadas para análise textural no
laboratório de solos da Fundação Educacional de Ituiutaba.
No laboratório de solos, para determinação das classes texturais foram
utililzadas amostras com 10 g de TFSA, com aproximação de 0,01 g. Nas amostras
foram adicionados 50 ml de solução de NaOH 0,1 mol l-1 e 150 ml de água deionizada,
agitando com bastão de vidro e deixando em repouso por uma.
A amostra foi dispersa por agitação mecânica a 12.000 rpm, durante 15 min.
Após passar a solução por peneira de 0,053 mm, afere-se a mistura das frações silte e
argila até 500 ml, coletando-se 25 ml da suspensão (fração silte + fração argila)
imediatamente após agitação com bastão de vidro. Decorrido o tempo calculado pela
Lei de Stokes para a temperatura de trabalho, coletam-se, dos 5 cm superficiais, 25 ml
da suspensão de argilas. O material residual do primeiro peneiramento é novamente
submetido ao processo, sendo que desta vez em peneira de malha de 0,210 mm, onde
separam-se a areia grossa e a areia fina. Todas as frações são secas em estufa a 100 ºC e
pesadas com aproximação de 0,01 g, para areia grossa e areia fina, e de 0,0001 g, para
as frações (silte + argila) e argila. (RUIZ, 2005)
Na determinação da classe textural do solo, os valores em gramas relativos a
cada fração granulométrica foram convertidos em porcentagem, e posteriormente
lançados no triângulo textural.
RESULTADOS
Descrição e caracterização textural dos solos
A descrição do solo analisado foi feita com base no Sistema Brasileiro de
Classificação de Solos - Embrapa (2002).
Os nitossolos férricos presentes na área de estudo estão condicionados pela
geologia e pelo relevo. A variação mineralógica está relacionada a alterações de
minerais primários dos basaltos da Formação Serra Geral. Do ponto de vista de
evolução, os nitossolos analisados desenvolveram-se em relevo com feições variando de
suave a medianamente ondulados, e se encontram num estágio de desenvolvimento
entre os latossolos e os cambissolos. Quimicamente são classificados como férricos,
devido grande quantidade do mineral ferro herdado dos minerais ferromagnesianos
encontrados nos basaltos, podendo ainda serem eutróficos ou distróficos, conforme a
porcentagem de saturação em bases. A textura desses solos é argilosa, com estrutura
variada. Quando umidecido, o solo torna-se pegajoso e moldável. Na região, esses solos
são popularmente denominados de “terra roxa” e de “culturas”.
A caracterização textural de um determinado tipo de solo depende da fração de
conteúdos de areia, silte e argila. Os termos areia, silte e argila referem-se ao diâmetro
das partículas, conforme tabela granulométrica e triângulo textural. Na escala de
Atterberg, a argila corresponde a partículas de diâmetro < 0,002 mm ; o silte 0,002 -
0,02 mm ; a areia fina de 0,02 - 0,2 mm ; e a areia grossa de 0,2- 2,0 mm, Prado
(2005;2008).Os resultados relativos à análise textural dos solos da área de estudo estão
sumariados no quadro 2.
ANÁLISE TEXTURAL DO SOLO
Local Profundidade
(m)
Amostra Areia
grossa
Areia
fina
Silte Argila
PONTO
2
0,5 BAS-1 46 257 159 538
1,0 BAS-2 46 242 162 550
1,5 BAS-3 46 240 133 581
PONTO
3
0,5 BM1-1 84 285 137 494
1,0 BM2-2 68 278 131 523
1,5 BM3-3 65 274 173 488
PONTO
4
0,5 BPS-1 25 242 164 569
1,0 BPS-2 30 230 151 589
1,5 BPS-3 33 227 136 604
Quadro 2 – Resultados das análises texturais.
No ponto 2, o solo possui estrutura prismática, com fendas evidentes, típicas de
movimentos de expansão e contração relativos à argilas de atividade alta. As amostras
BAS-1, BAS-2 e BAS-3 foram coletadas a 0,50, 1,0 e 1,5 m respectivamente. Devido a
pouca variação dos valores das texturas nas diferentes profundidades, todas as amostras
foram caracterizadas como solo argiloso (areia 29%, silte 15.14% e argila 55.63%). O
solo estava ocupado com cultura anual (soja).
No ponto 3, o solo possui estrutura prismática, com fendas evidentes, típicas de
movimentos de expansão e contração relativos à argilas de atividade alta. As amostras
BM-1, BM-2 e BM-3 foram coletadas a 0,50, 1,0 e 1,5 m respectivamente. Devido a
pouca variação dos valores das texturas nas diferentes profundidades, todas as amostras
foram caracterizadas como solo argiloso (areia 35,1%, silte 14.7% e argila 50.2%). O
solo estava ocupado com pastagem.
No ponto 4, o solo não possui estrutura aparente. As amostras BPS-1, BPS-2 e
BPS-3 foram coletadas a 0,50, 1,0 e 1,5 m respectivamente. Devido a pouca variação
dos valores das texturas nas diferentes profundidades, todas as amostras foram
caracterizadas como solo argiloso (areia 26,2 %, silte 15% e argila 58,8%). O solo
estava ocupado com mata nativa.
Condutividade hidráulica
O gráfico 1 corresponde à condutividade hidráulica (K) medida na superfície do
terreno.
Gráfico 1 – valores de condutividade hidráulica (K) na superfície do terreno
Os pontos P2, P3 e P4, correspondem aos usos de cultura anual, área de
pastagem e mata nativa respectivamente. A condutividade hidráulica nos pontos 2 e 3
encontram-se muito próximas 9.10-05 e 1.10-04 respectivamente. No ponto 4 os valores
de K estão na casa de 1,9.10-5, sendo o menor valor de condutividade hidráulica dos
pontos analisados.
Os gráficos 2 a 4 contém os valores de condutividade dos pontos 2, 3 e 4 nas
profundidades de 0,5, 1,0 e 2,0 m.
A análise do gráfico 2 – ponto 2 - indica que os valores de K a 0,50m, 1,0m e
1,5m de profundidade são 6,40.10-6 , 2,30.10-6 e 1,43.10-6 respectivamente. Indicando
que a condutividade hidráulica do solo na profundidade de 0,50m é quatro a cinco vezes
superior àquela observada a 1,0m e 1,5 m. Evidenciando que os valores de K se
estabilizam a partir de 1,0m.
Gráfico 2 – Condutividade hidráulica dos solos no ponto 2
A análise do gráfico 3 – ponto 3 - indica que os valores de K a 0,5, 1,0 m e 1,50
m de profundidade são 8,96.10-7 , 2,05.10-6 e 1,06.10-6 respectivamente. Indicando que
a condutividade hidráulica do solo na profundidade de 0,5m é dez vezes maior àquela
observada a profundidade de 1,0m e 1,5m. A partir de 1,0m os valores de K se
estabilizam.
Gráfico 3 – Condutividade hidráulica dos solos no ponto 3
A análise do gráfico 4 – ponto 4 - indica que os valores de K a 0,5 m, 1,0 m e
1,5 m de profundidade são respectivamente 3,30.10-6, 1,28.10-6 e 1,20.10-6. O que indica
que no ponto quatro ocorreu equilibrio no nível de condutividade hidráulica em
diferentes profundidades, tendo apenas na profundidade de 0,5 m um valor duas vezes
superior que a profundidade de 1,0 m e 1,5 m.
Gráfico 4 – Condutividade hidráulica dos solos no ponto 4
DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Para possibilitar uma melhor análise, os dados de condutividade hidráulica,
textura e uso dos solos estão sumariados no quadro 3.
Ponto Uso Textura Condutividade
na superficie
K (m/s)
Condutividade em
diferentes profundidades
K (m/s)
Ponto 2 Cultivo anual Argilosa 8.9 .10 -05 0,5 m 6.4 . 10-06
1,0 m 2.3 . 10-06
1,5 m 1.4 . 10-06
Ponto 3 Pasto Argilosa 1.02 . 10-04 0,5 m 8.9 . 10-07
1,0 m 2.0 . 10-06
1,5 m 1.0 . 10-06
Ponto 4 Mata nativa Argilosa 1.91 . 10-05
0,5 m 3.3 . 10-06
1,0 m 1.3 . 10-06
1,5 m 1.2 . 10-06
Quadro 3 – Informações de condutividade hidráulica, textura e uso do solo.
Os pontos P2, P3 e P4, correspondem aos usos de cultura anual, área de
pastagem e mata nativa respectivamente. A condutividade hidráulica levantada em
superficie nos pontos 2 e 3 encontram-se muito próximas, entre 9.10-05 e 1.10-04
respectivamente, indicando não haver variação significativa de condutividade hidráulica
nos solos ocupados por cultura anual e pastagem. No ponto 4 os valores de K estão na
casa de 10-5, o menor valor de condutividade hidráulica dos pontos de análise e coleta
de dados. Considerando que o ponto 4 é ocupado por mata nativa, área menos
impactada, esperava-se valores de condutividade hidráulica superiores àquelas
levantadas nos pontos 2 e 3. Porém, há de notar que as áreas ocupadas por pastagem e
cultura possuem um solo estruturado, o que não ocorre com a descrição do solo
ocorrente na área de mata nativa.
Neste caso, a estrutura do solo assume uma importância maior no controle da
infiltração de água no solo quando comparada aos fatores textura e uso.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Sabe-se que para uma formação de êxito é imprescindível que além do ensino
tradicional em uma universidade, logo no início dos estudos os alunos se empenhem em
pesquisa e extensão. Nesta perspectiva, a iniciação científica caracteriza-se como
instrumento de apoio teórico e metodológico e é com certeza um instrumento
importante de formação.
O trabalho em grupo, tanto em campo quanto na análise de dados, permitiu um
melhor entrosamento dos participantes, contribuindo para o compartilhamento do
conhecimento e da troca de experiências entre os alunos envolvidos na atividade.
Em suma, o trabalho além do conhecimento adquirido, propiciou o aprendizado
da prática de campo e da manipulação dos dados. Acrescentou experiência nos
currículos e desmistificou o senso comum que pairava sobre o tema abordado.
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