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Este documento analisa a compactação do solo utilizando o índice de cone (ic), um indicador indireto que representa a resistência exercida pelo solo à penetração de uma ponteira cônica. O estudo observa a variação dos valores de ic em diferentes tipos de solo e equipamentos, e sua relação com fatores como velocidade de penetração, forma e área de projeção da ponteira, e teor de água. Além disso, é discutida a variabilidade entre as leituras dos valores obtidos com diferentes penetrômetros e a importância de um número adequado de repetições para obtenção de dados confiáveis.
O que você vai aprender
Tipologia: Notas de estudo
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Escola Superior de Agricultura Luiz De Queiróz Projeto de Iniciação Científica
Orientada: Lucelha Carbonera Orientadores: Prof. José Paulo Molin Prof. Carlos T. dos Santos Dias
Piracicaba, Janeiro de 2010
A compactação do solo é um atributo físico amplamente estudado principalmente pelo fato de gerar queda de produtividade devido ao impedimento mecânico no crescimento de raízes, entre outros fatores. Para o seu diagnóstico o indicador mais comumente utilizado é o Índice de Cone (IC) que, apesar de ser indireto, tem se tornado popular e representa a resistência exercida pelo solo à penetração de uma ponteira cônica, parte ativa dos penetrômetros. No mercado estão disponíveis vários modelos, com diferentes princípios de funcionamento e a comparabilidade de resultados entre eles precisa ser suficientemente conhecida. O presente trabalho teve como objetivo comparar três penetrômetros com princípios diferentes de funcionamento e estabelecer um número ideal de repetições para cada ponto amostrado. Utilizou-se um penetrômetro de impacto, um penetrômetro eletrônico e acionamento manual e um penetrômetro eletrônico de acionamento hidráulico em três ambientes. Os equipamentos, de maneira geral, não produziram valores de IC comparáveis em tendências e em magnitude. No entanto não é claro se essas diferenças são relevantes para o diagnóstico de compactação do solo. É possível ainda afirmar que a partir de 15 repetições o erro amostral dos valores de IC não sofre decréscimo significativo, variando entre 5 e 20% entre os penetrômetros em cada parcela.
A compactação do solo é um atributo físico que tem sido estudado de longa data. Vários autores mencionam o seu impacto na produção e produtividade agrícola e nas
Para o diagnóstico da compactação utilizam-se métodos diretos e indiretos. Dentre os métodos indiretos, o mais conhecido e adotado é o Índice de Cone (IC), que mede a resistência que um determinado solo exerce em relação à penetração de uma ponta cônica. Para exercer esta penetração comumente usam-se equipamentos denominados penetrômetros (FOLEGATTI et al., 1990). Existem no mercado vários tipos e modelos destes equipamentos ou sensores, desde os mais simples como o penetrômetro de impacto (STOLF et al., 1983), largamente utilizado no Brasil, que permite a obtenção do IC a partir de cálculos indiretos (STOLF, 1990); os penetrógrafos mecânicos (CARTER, 1967), os penetrômetros mecânicos equipados com manômetros até os mais práticos que coletam e armazenam dados, como os penetrômetros eletrônicos (JESUS FILHO et al., 2007), operados manual ou hidraulicamente. Essa variedade de tipos e modelos pode trazer grande variação nos dados obtidos, influenciados principalmente por componentes importantes como a velocidade de penetração e a forma e área de projeção da ponteira que penetra no solo, que são normalizadas pela ASABE (ASAE S 313.1, 2004). Dessa forma, faz-se necessário ter confiança nos dados obtidos por diferentes sensores, especialmente para efeito de comparabilidade de resultados. Alguns autores têm estudado a semelhança entre variados aparelhos. Beutler et al. (2007) verificaram diferença significativa entre o penetrômetro de impacto e um penetrômetro eletrônico, sendo que os valores obtidos pelo primeiro foram maiores que o do segundo. Por outro lado, Folegatti et al. (1990) compararam um penetrômetro de impacto e um penetrógrafo mecânico e observaram que os aparelhos comparados se mostraram estatisticamente iguais. Verificaram ainda, certa dificuldade na identificação dos valores máximos de IC obtidos pelo penetrógrafo mecânico. Também Roque et al.
(2003) verificaram semelhança entre os resultados obtidos com um penetrômetro de impacto e um penetrômetro equipado com um manômetro para leitura de pressão. Outro aspecto importante na utilização em campo do indicador IC para diagnóstico e monitoramento da compactação do solo é a grande variabilidade entre as leituras dos valores obtidos com os diferentes penetrômetros. Domsch et al. (2006) utilizaram um penetrômetro com quatro hastes para obter leituras simultâneas de IC e observaram que a variação entre os valores obtidos pelas quatro hastes em um mesmo ponto amostrado mostrou-se elevada, sendo que a maior relação entre os valores obtidos pelas hastes, comparação em par, resultou em R=0,57. Porém, quando expressa a média das quatro leituras, foi possível mapear com maior confiabilidade a variabilidade do IC na área amostrada. Oliveira et al. (2008) em um estudo sobre IC em área comercial de cana-de- açúcar utilizando um penetrômetro eletrônico de acionamento hidráulico, observaram que o coeficiente de variação (CV) dos dados obtidos de IC compostos por 3 repetições para cada ponto amostrado, foi superior a 30%. Souza et al. (2004) em seu estudo sobre dependência espacial de atributos físicos de solo, inclusive IC, em solo sob a cultura de cana-de-açúcar, em Guariba-SP, afirmam que o CV de IC mostrou-se muito alto, na ordem de 39 % na profundidade de 0 a 0,20 m e classificado como alto na profundidade de 0,20 a 0,40 m , na ordem de 28%. O uso de penetrômetros para fins de diagnóstico em grandes áreas exige tempo e dispêndio com mão-de-obra e com o advento das práticas de agricultura de precisão essa amostragem passa a ser georreferenciada e em grande quantidade. No entanto, normalmente não são coletadas repetições ou subamostras em cada ponto amostral. Tavares Filho & Ribon (2008) afirmam que pesquisas que citam número de amostras representativas para estudos de compactação utilizando-se o penetrômetro de impacto
Os penetrômetros utilizados foram um penetrômetro de impacto (PI), um penetrômetro de registro eletrônico de dados e de acionamento manual (PE) e um penetrômetro com registro eletrônico dos dados e acionamento hidráulico (PEH). O penetrômetro de impacto utilizado foi do modelo IAA- PLANALSUCAR/STOLF (STOLF et al., 1983), que tem como principio de funcionamento a penetração de uma haste com ponteira através do impacto de um êmbolo de massa conhecida a uma altura constante. A cada impacto mede-se a penetração da haste no solo. No caso do penetrômetro de impacto, como as leituras não são diretas, faz-se necessário o uso de fórmulas para transformar os valores de impactos e profundidade de penetração em leituras expressas em pressão. A equação 1, comumente utilizada, considera algumas variáveis como o peso do êmbolo e altura de queda do mesmo, o peso total do equipamento, área de projeção da ponteira, entre outras (STOLF, 1990).
RP ( MPa )( 6 , 383 15 , 827 N )* 0 , 10135 onde, RP – resistência a penetração N - número de impactos necessários para penetrar-se 0,05 m
O penetrômetro com registro eletrônico dos dados, PLG 1020 penetroLOG® (Falker Automação, Porto Alegre-RS), é operado manualmente e depende da força do operador para a penetração da haste. Este equipamento possui um sensor tipo sonar que indica a profundidade e calcula velocidade de penetração avisando ao usuário se a
velocidade está fora do padrão, anulando a medição. Este penetrômetro possui uma CPU interna que armazena os dados coletados e possui interface direta com o computador; além de um visor que possibilita ao usuário fazer configurações e visualizar as medições feitas. O penetrômetro de acionamento hidráulico e registro eletrônico dos dados foi desenvolvido na USP/ESALQ (SILVA Jr. et al., 2000) e é acoplado ao engate de três pontos do trator; o deslocamento da haste é dado por um cilindro hidráulico através do fluxo de óleo do trator. Este equipamento possui uma célula de carga que mede a força exercida pela haste ao penetrar no solo, e a profundidade é calculada através de um potenciômetro linear instalado no cilindro hidráulico. Esses dados são transferidos para um software para um computador portátil. Foram feitas coletas de leituras em três áreas distintas, situadas nos limites da ESALQ/USP (22º42’34”S e 47º37’55”O). As parcelas de trabalhos possuem 36 m² ( m por 6 m), e nelas foram coletadas 40 leituras com cada penetrômetro aleatoriamente e foi coletada uma amostra composta por quatro subamostras para determinação do teor de água em camadas de 0,10 m e análise granulométrica em duas camadas, de 0 a 0, m e 0,20 a 0,50 m. A área da parcela 1 é uma área marginal a uma lavoura de grãos, sendo comum o tráfego de colhedoras e tratores na área; o solo desta parcela é identificado como Nitossolo Vermelho Eutroférrico léptico de textura argilosa e horizonte A moderado. Na parcela 2 havia sido executado preparo convencional com aração e gradagem a aproximadamente quatro semanas, a uma profundidade média de 0,10 e 0,15 m, onde anteriormente havia uma lavoura de milho. O solo da área foi identificado como Nitossolo Vermelho Eutrófico, A moderado e textura argilosa. A parcela 3 encontra-se em uma área com preparo convencional, cultivada com milho antecedido de café arada,
das 40 leituras, para cada equipamento. Observa-se que as curvas de IC gerada por cada penetrômetro, dentro de uma mesma parcela e de maneira geral, seguem a mesma tendência ao longo do perfil. Especialmente nas parcelas 2 e 3, observa-se que os três equipamentos foram capazes de identificar a camada de maiores valores de IC, diagnosticando assim uma possível camada compactada. No entanto há defasagens de grandezas, especialmente na parcela 1, entre o PE de acionamento manual e os outros dois. O tráfego intenso de maquinários na área onde foi alocada a parcela 1 pode explicar os elevados valores de IC mensurados pelos PE de acionamento manual e PEH nas primeiras camadas. O PE de acionamento manual não conseguiu identificar mudanças acentuadas de IC ao longo do perfil, os valores foram muito parecidos em todas as camadas, seguindo uma tendência diferente dos outros equipamentos. O PI apresentou, na camada de 0 a 0,05 m, IC nulo. Isto se deve, principalmente ao fato de que este penetrômetro não consegue mensurar esta primeira camada já que o seu peso resulta numa penetração da haste no solo sem haver acionamento do embolo, interferindo na primeira leitura. Ainda na parcela 1 pode-se notar que cada equipamento diagnostica a camada mais compactada em profundidades distintas. O PEH identifica como uma possível camada compactada na profundidade entre 0,10 a 0,15 m e 0,35 a 0,45 m, diferentemente do que o PI, que a identifica entre 0,20 e 0,30 m. No PE de acionamento manual o maior valor de IC está a 0,45 m, na maior profundidade.
IC (MPa) profundidade (m) profundidade (m) profundidade (m)
- 0,000, - 0,100, - 0,200, - 0,300, - 0,400, - 0, que a maior homogeneidade dos valores de IC ocorre na faixa de 35%, devido provavelmente, a esse valor estar na faixa de friabilidade do solo e tanto acima quanto abaixo desta faixa, a tendência é que o CV dos valores de IC aumente.
Tabela 1. Valores de teor de água do solo (%) nas parcelas.
Prof. (m) Parcela 1 Parcela 2 Parcela 3 0 a 0,10 10,0 14,1 12, 0,10 a 0,20 9,7 15,1 12, 0,20 a 0,30 10,7 15,1 12, 0,30 a 0,40 10,6 15,7 13, 0,40 a 0,50 9,4 16,9 13, Os valores de umidade apresentados na Tabela 1 mostram-se abaixo dos valores do intervalo considerado ideal para mensuração de IC, o que possivelmente pode explicar a grande variação de valores de IC obtidos. Teores de água abaixo do nível ótimo para mensuração, tendem a tornar os valores de IC maiores do que o realmente são, além de diminuir a homogeneidade dos dados obtidos (ORLANDO, e al. 2000). A Tabela 2 apresenta os teores de argila, areia e silte da análise granulometrica do solo das três parcelas. Observa-se que a partir dos valores de argila e silte, os solos das tres parcelas são argilosos, sendo a camada de 0,2 a 0,5 m para a parcela 1 é muito argilosa. A presença de elevados teores de argila conferem ao solo maior densidade e por consequência um maior nível de compactação.
Tabela 2. Teores de argila, areia e silte (%) das três parcelas em duas camadas (0 a 0, m e 0,20 a 0,50 m).
Parcela Profundidade Argila Areia Silte (m) (%) (^1) 0,2 a 0,50 a 0,2^ 57,464,4^ 12,311,9^ 30,323, (^2) 0,2 a 0,50 a 0,2^ 40,443,4^ 13,813,3^ 45,843, (^3) 0,2 a 0,50 a 0,2^ 52,956,3^ 15,015,1^ 32,128,
Quanto maior o teor de argila no solo mais este estará suscetivel à compactação (SOUZA et al., 2004; FOLEGATTI, et al., 1990; Moraes et al., 1995), , contudo não existem estudos que indiquem os níveis de argila no solo que determinem uma relação direta entre teor de argila e compactação. A presença da argila influencia na formação dos agregados e na macroporosidade o que está diretamente relacionado a compactação do solo (FOLEGATTI, et al., 1990). Moraes et al. (1995) afirmam que menores teores de argila no solo resultaram em níveis mais baixo de compactação, pois a capacidade de agregação da areia é muito menor do que a da argila. A Tabela 3 apresenta o resultado do teste de Tukey para os valores de IC (MPa) para cada equipamento nas três parcelas e profundidades estudadas. Observa-se que na parcela 1 o valor de IC obtido com o penetrômetro PI e o PEH não diferem estatisticamente entre 0,15 e 0,30 m de profundidade, da mesma forma o PE e o PEH entre 0,30 a 0,45 m. Entre 0 e 0,10 m os valores de IC obtidos com os três penetrômetros diferem entre si, indicando ser essa uma região de maior dificuldade de mensuração, especialmente em solos mobilizados. Na parcela 2 os valores de IC obtidos com o PI e com o PEH são estatisticamente diferentes em todo o perfil, assim como o resultado obtido com o PEH difere daquele do PE de acionamento manual. Já os valores de IC obtidos com o PE diferem daqueles do PI, apenas entre 0,10 e 0,20 m. Na parcela
Tabela 4. Valores de CV(%) dos IC para as três parcelas nas camadas para o penetrômetro de impacto (PI), penetrômetro eletrônico de acionamento manual (PE) e penetrômetro eletrônico de acionamento hidráulico (PEH).
Profundidade (m)
Parcela 1 Parcela 2 Parcela 3 PI PE PEH PI PE PEH PI PE PEH CV (%) 0 a 0,05 (^) 73,0 55,7 29,3 - 33,9 66,6 - 21,8 23, 0,05 a 0,10 (^) 68,0 48,1 78,0 13,4 63,3 27,9 39,2 30,4 31, 0,10 a 0,15 (^) 60,4 58,4 53,3 32,8 50,9 47,0 25,2 52,1 27, 0,15 a 0,20 (^) 48,9 53,1 30,9 51,2 66,6 53,4 23,3 66,1 51, 0,20 a 0,25 (^) 41,5 44,8 31,8 53,3 66,5 45,8 27,5 55,2 45, 0,25 a 0,30 (^) 41,7 33,9 35,3 62,0 50,7 34,5 27,0 40,0 30, 0,30 a 0,35 (^) 37,1 34,7 45,7 51,1 38,1 21,9 22,1 23,5 21, 0,35 a 0,40 (^) 35,1 37,5 59,5 42,2 38,4 23,7 18,8 20,3 19, 0,40 a 0,45 (^) 33,2 38,6 59,5 42,0 38,5 23,9 15,5 14,5 19,
Pode-se observar que os valores de CV apresentaram-se quase em sua totalidade acima de 20%, o que é considerado alto (GOMES, 1984). Os menores valores de CV para os três equipamentos ocorreram na parcela 3. Valores aceitáveis de CV, de maneira geral, estão entre 10 e 20% (GOMES, 1984), porém devido à grande variabilidade espacial do IC e por ser alterado facilmente por fatores externos, como a carga mecânica exercida principalmente pelo tráfego de máquinas e o pisoteio de animais, torna a dependência espacial entre os valores irregular e pouco expressiva, o que consequentemente leva a valores de CV elevados. Grego & Vieria (2005), em seu estudo sobre a variabilidade espacial das propriedades físico-hídricas de um Latossolo Vermelho sob preparo convencional, afirmam que dentre as variáveis estudas, teor de água do solo, porosidade do solo, densidade do solo, IC e retenção de água, o IC foi a propriedade com menor valor de alcance aferido pela análise de semivariogramas, na ordem de 8 m.
A Figura 2 apresenta os gráficos de erro amostral e número de repetições para cada camada para os três penetrômetros nas três parcelas. Pode-se afirmar que, de maneira geral, para todas as camadas, o erro amostral mostrou-se acima de 10% na parcela 1 até 20 repetições e para os três equipamentos. Na parcela 2, para o PI esse valor foi atingido com até 25 repetições, para o PE de acionamento manual, até 15 repetições. O PEH sempre apresentou erro amostral acima de 10%. Já para a parcela 3 o erro amostral apresentou-se maior que 10% até 5, 10 e 20 repetições respectivamente para o PI, PE e PEH. Nota-se também que o erro amostral para até 5 repetições mostra- se muito maior. Tavares & Ribon (2005) verificaram que para o nível de 10% de erro amostral o número de repetições ideal seria igual a 10 para o penetrômetro de impacto.
Parcela 2 PI
(^100) 2030
4050
6070
8090
100110
120130
140150
(^0 5 10 15) repetições 20 25 30 35 40
erro amostral (%)
0.05 m 0.30 m 0.10 m0.35 m 0.15 m0.40 m 0.20 m0.45 m 0.25 m
PE
(^100) 2030
4050
6070
8090
100110
120130
140150
(^0 5 10 15) repetições 20 25 30 35 40
erro amostral (%)
0.05 m 0.30 m 0.10 m0.35 m 0.15 m0.40 m 0.20 m0.45 m 0.25 m
PEH
(^100) 2030
4050
6070
8090
100110
120130
140150
(^0 5 10 15) repetições 20 25 30 35 40
erro amostral (%)
0.05 m 0.30 m 0.10 m0.35 m 0.15 m0.40 m 0.20 m0.45 m 0.25 m
Parcela 3 PI
(^100) 2030
4050
6070
8090
100110
120130
140150
(^0 5 10 15) repetições 20 25 30 35 40
erro amostral (%)
0.05 m 0.30 m 0.10 m0.35 m 0.15 m0.40 m 0.20 m0.45 m 0.25 m
PE
(^100) 2030
4050
6070
8090
100110
120130
140150
(^0 5 10 15) repetições 20 25 30 35 40
erro amostral (%)
0.05 m 0.30 m 0.10 m0.35 m 0.15 m0.40 m 0.20 m0.45 m 0.25 m
PEH
(^100) 2030
4050
6070
8090
100110
120130
140150
(^0 5 10 15) repetições 20 25 30 35 40
erro amostral (%)
0.05 m 0.30 m 0.10 m0.35 m 0.15 m0.40 m 0.20 m0.45 m 0.25 m
Figura 2. Gráficos de número de repetições e erro amostral calculado para os três penetrômetros nas três parcelas e profundidades estudadas.