relação solo-Água
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Manejo de irrigação Parâmetros solo-planta-clima
FEAGRI/UNICAMP - Prof. Roberto Testezlaf
Relações água e solo
• Fases do solo
– Sólida
– Líquida (Água/Solução)
– Ar
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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
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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
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• 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
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• 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
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• 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
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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
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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)
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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%?
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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
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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
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• 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
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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
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• É medido no campo com uso de tensiômetros
Tensão de água no solo
Vacuômetro Tensímetro
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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.
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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
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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
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Saturação Capacidade de Campo Ponto de murcha permanente
Constantes de umidade do solo
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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
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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%.
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• 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
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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
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• 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
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• 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
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Infiltração – tipo de solo
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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
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• 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
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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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