O manejo incorreto do sal aplicado durante a irrigação acaba reduzindo a produção - drasticamente em muitos casos. A irrigação incorreta também aumenta o custo da água e a energia usada para aplicá-la. Compreender o equilíbrio de sal no solo e conhecer a fração de lixiviação, ou a quantidade de água de irrigação extra que deve ser aplicada para manter a salinidade aceitável na zona da raiz, é fundamental para o sucesso de todo gerente de irrigação. No entanto, o monitoramento da salinidade do solo geralmente é mal compreendido.
No webinar abaixo, o Dr. Gaylon Campbell, físico do solo de renome mundial, ensina os fundamentos da medição da condutividade elétrica do solo (CE) e como usar uma ferramenta em que poucas pessoas pensam, mas que é absolutamente essencial para manter o rendimento e o lucro da safra. Aprenda:
A terra irrigada é responsável por 40% do nosso suprimento de alimentos, e os sais afetam a produtividade em cerca de um quinto desses acres. Toda água de irrigação contém pelo menos um pouco de sal. Se for permitido que os sais se acumulem ao redor da zona da raiz de uma cultura, eles prejudicam as plantas, reduzem a produtividade e até mesmo alteram a estrutura do solo, causando danos de longo prazo à própria terra. Para preservar a produtividade da terra irrigada, é importante entender como gerenciar os sais.
As etapas para gerenciar os sais são:
A condutividade elétrica (CE) é a chave para fazer essas medições. A água pura não conduz eletricidade, mas a maior parte da água, mesmo a da torneira, tem sais dissolvidos em quantidade suficiente para ser condutora. Como a concentração de sais na água afeta diretamente sua condutividade, a medição da condutividade elétrica é uma maneira muito eficaz de medir as concentrações de sal na água do solo.
A maioria das pessoas já teve a experiência de fertilizar demais, talvez por acidente, e matar a grama ou outras plantas. Costuma-se dizer que o fertilizante "queimou" as plantas, mas geralmente não são os nutrientes em si que causam o dano. Geralmente, é o efeito deles na água. As plantas absorvem água, mas não absorvem sais em uma quantidade apreciável. Quando o sal é adicionado ao solo por meio de fertilização e irrigação, ele se concentra ali. O sal pode causar diversos problemas para as plantas. Por exemplo, o Na+ pode atingir concentrações tóxicas para as plantas, mesmo que a planta não esteja absorvendo nenhuma quantidade apreciável. O sal também atrai a água e torna mais difícil para as plantas absorverem água do solo. Algumas plantas são mais sensíveis do que outras ao sal no solo. O rendimento do feijão será afetado se a CE do extrato de saturação do solo exceder 2 dS/m, por exemplo, enquanto a cevada pode ser cultivada sem redução de rendimento em extrato de saturação do solo de até 16 dS/m. No entanto, em última análise, o alto teor de sal afetará todas as plantas.
| Sensível | Moderadamente tolerante | Altamente tolerante |
|---|---|---|
| Trevo vermelho | Trigo | Tamareira |
| Ervilha | Tomate | Cevada |
| Feijão | Milho | Beterraba sacarina |
| Pera | Alfafa | Algodão |
| Laranja | Batata | Espinafre |
Tabela 1. Tolerância ao sal em culturas
A unidade do SI para condutância elétrica é o Siemen, portanto, a condutividade elétrica tem unidades de S/m. As unidades usadas na literatura mais antiga são mho/cm (mho é o recíproco de ohm). A CE do solo era comumente relatada em mmho/cm. 1 mmho/cm é igual a 1 mS/cm, mas como o SI não incentiva o uso de submúltiplos no denominador, essa unidade foi alterada para deciSiemen por metro (dS/m), que é numericamente equivalente a mmho/cm ou mS/cm.
| Classe USDA | Extrato de saturação (dS/m) | Sal no solo (g de sal/100g de solo) | Potencial osmótico (kPa) | Tolerância de culturas | Exemplo de culturas |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 0-2 | 0-0.13 | 0 a -70 | Sensível | Feijão |
| B | 2-4 | 0.13-0.26 | -70 a -140 | Moderadamente sensível | Milho |
| C | 4-8 | 0.26-0.51 | -140 a -280 | Moderadamente sensível | Trigo |
| D | 8-16 | 0.51-1.02 | -280 a -560 | Tolerante | Cevada |
Tabela 2. Classes de salinidade para solos (Richards, L.A. [Ed]. 1954. Diagnosis and Improvement of Saline and Alkali Soils, USDA AG Handbook 60, Washington DC)
Há três maneiras de medir a CE em solos: medir a CE da água dos poros, a CE total ou a CE do extrato de saturação. Todas as três estão relacionadas, mas existem ferramentas para converter uma em outra. Para entender os dados de medição, é importante saber que tipo de CE está sendo medido.
A CE da água dos poros ou CE da água do solo(σw) é a condutividade elétrica da água nos poros do solo. Os pesquisadores geralmente confundem o valor que sai de um sensor de CE do solo com a CE da água dos poros. O ideal seria simplesmente medir a condutividade elétrica da água dos poros in situ. No entanto, tente imaginar como isso funcionaria. Sensores minúsculos teriam de ser inseridos em poros microscópicos cheios de água. Obviamente, não é possível medir a CE da água nessa escala. De fato, a única maneira de medir a CE da água dos poros é extraindo uma amostra de água do solo e medindo a CE dessa amostra.
A CE total(σb) é a condutividade elétrica do solo total (solo, água e ar). Todos os sensores de umidade do solo instalados no solo medem a CE total. Equações empíricas ou teóricas podem ser usadas para determinar a CE da água dos poros e a CE do extrato de saturação(σe) a partir dos valores medidos da CE total. A CE em massa é a única medida de CE que pode ser monitorada continuamente in situ.
O extrato de saturação da CE(σe) informa exatamente a quantidade de sal no solo e pode ser convertido em salinidade do solo. Essa é a maneira tradicional de medir a CE. Ela é medida coletando-se uma amostra de solo, fazendo-se uma pasta saturada de solo e água deionizada, extraindo-se a água e, em seguida, medindo-se a CE da solução extraída. Os valores de CE publicados e relatados na literatura são quase sempre CE de extrato de saturação.
Conforme declarado anteriormente, os sensores in situ medem a condutividade elétrica do solo ao redor dos sensores(σb). Uma quantidade considerável de pesquisas foi realizada para determinar a relação entre σb e a condutividade da água dos poros(σw). Hilhorst (2000) aproveitou a relação linear entre a permissividade dielétrica do solo(εb) e σw para permitir a conversão de σb para σw se εb for conhecido. Os sensores doTEROS 12 medem εb e σb quase simultaneamente no mesmo volume de solo. Eles são bem adequados a esse método. A condutividade da água dos poros pode ser determinada a partir de (consulte Hilhorst, 2000 para obter a derivação)
em que σw é a condutividade elétrica da água dos poros (dS/m); εw é a porção real da permissividade dielétrica da água dos poros do solo (sem unidade); σb é a condutividade elétrica total (dS/m), que é medida diretamente pelo sensor; εb é a porção real da permissividade dielétrica total do solo (sem unidade); εσb=0 é a porção real da permissividade dielétrica quando σb = 0 (sem unidade). εw ( Equação 2) tem um valor de cerca de 80. Um valor mais preciso pode ser calculado a partir da temperatura do solo usando
em que Tsoil é a temperatura do solo (ºC) medida por um sensor de temperatura colocado com a medição de CE em massa, como é comum com os sensores de CE do solo METER.
O εb também é medido pela maioria dos sensores de teor de água volumétrico de nível de pesquisa.
Por fim, εσb=0 é um termo de compensação que representa livremente a permissividade dielétrica do solo quando o EC=0. Hilhorst (2000) recomendou que εσb=0= 4,1 fosse usado como uma compensação genérica. Hilhorst (2000) oferece um método simples e fácil para determinar εσb=0 para tipos de solo individuais, o que melhorará a precisão do cálculo de σw na maioria dos casos.
Nossos testes indicam que o método acima para calcular σwresultaem uma precisão razoável (± 20%) em solos e outros meios de crescimento com alto teor de água (acima de 25%). À medida que o teor de água diminui, o denominador da Equação 1 torna-se pequeno, levando a grandes erros potenciais no cálculo. Para obter os melhores resultados, recomendamos o uso da equação de Hilhorst quando o teor de água for alto para obter a CE do extrato de saturação(σe) e, em seguida, calcular a CE da água dos poros em um teor de água mais baixo (abaixo de 25%), supondo que o sal permaneça no solo enquanto a água está sendo removida (mostrado na Equação 3). Usando essa suposição
Onde θ é o conteúdo volumétrico de água do solo e θs é o conteúdo de água na saturação, que pode ser calculado a partir da densidade aparente do solo
ρb é a densidade aparente do solo (Mg/m3) e ρs é a densidade dos sólidos (2,65 Mg/m3 para solo mineral).
A CE do extrato de saturação (geralmente mostrada como CEe ou σe) é a condutividade elétrica da água dos poros removida de uma pasta saturada do solo. O solo é umedecido com água destilada até a saturação do solo. Em seguida, o solo é colocado em um papel de filtro em um funil a vácuo e a sucção é aplicada. Uma medição de condutividade elétrica na água removida da amostra fornecerá σe. O σe deum solo é o valor usado para quase todas as recomendações de salinidade (consulte, por exemplo, Richards, 1954) e, portanto, é um valor importante a ser obtido. Ele pode ser calculado a partir da CE da água dos poros usando a seguinte equação
A combinação das Equações 1 e 4 resulta em
É provável que a equação 6 seja a mais útil para avaliar a salinidade no campo. Novamente, use-a quando os teores de água forem mais altos para maximizar a precisão.
Como exemplo, suponha que a densidade aparente do nosso solo seja de 1,33 Mg/m3. A partir da Equação 4, isso daria um teor de água de saturação de 1 - 1,33/2,65 = 0,5. Suponha que tenhamos medido uma CE a granel de 0,3 dS/m quando o teor de água é de 0,345 m3/m3 e o dielétrico a granel(εb) = 20. A σe seria
Calcular a CE da água dos poros a partir da CE total não é o mesmo que converter de um conjunto de unidades para outro - é, na verdade, um modelo. Ou melhor, são muitos tipos diferentes de modelos. Alguns são empíricos, outros são teóricos, mas todos têm seus próprios pontos fortes e fracos. Apresentamos o modelo de Hilhorst, mas há outros modelos populares, incluindo o modelo de Rhodes e o modelo de Mualem e Friedman.
| Extrato de saturação EC | CE a granel do solo | Água de poros EC | |
|---|---|---|---|
| Definição | A condutividade elétrica de uma solução de água extraída de uma amostra de solo saturado | A condutividade elétrica combinada do solo, do ar e da água em um substrato de solo poroso | A condutividade elétrica da solução contida nos poros do solo |
| Aplicativos | Aplicações agrícolas de campo para o gerenciamento de sal | Sempre que forem necessárias medições contínuas. Usado para calcular a água dos poros e a CE do extrato de saturação. | Aplicações em estufas e viveiros, cálculos de fração de lixiviação |
| Benefícios | Medida quantitativa da quantidade de sais no solo (salinidade do solo)
Melhor medida para determinar a adequação da cultura a um solo específico |
Pode ser medido continuamente com um in situ sonda
O valor pode ser usado em conjunto com o conteúdo volumétrico de água para modelar a CE do extrato de saturação ou a CE da água dos poros |
Mede o que a planta está realmente experimentando
Quantifica a quantidade de sal que está sendo transportada pela água de drenagem |
| Como o parâmetro é medido
*Todos os métodos assumem valores de EC com correção de temperatura (todos os sensores METER EC contêm essa correção: consulte o manual do usuário) |
Uma amostra de solo retirada do campo e misturada com água deionizada até ficar saturada. Em seguida, a água é extraída por meio de um filtro, e a CE e a temperatura da água são medidas com um medidor de CE
O valor é calculado a partir das medições de CE em massa e do conteúdo volumétrico de água |
Para a condutividade elétrica, o sensor é colocado no solo na profundidade desejada | O amostrador de água dos poros do solo é usado para extrair a água dos poros do solo em uma profundidade específica. Um medidor de CE é usado para medir a CE da água.
O valor é calculado a partir das medições de CE em massa e do conteúdo volumétrico de água O valor é determinado a partir da CE do sensor Drain Gauge Lysimeter , onde a água dos poros do solo é coletada e monitorada |
Tabela 3. Métodos para medir diferentes tipos de CE
Um dos motivos mais comuns para medir a CE nos solos é minimizar o sal nas zonas das raízes das plantas em crescimento ativo. Se a CE na zona da raiz ficar muito alta, o produtor pode adicionar mais água de irrigação para lixiviar os sais abaixo da zona da raiz. A ilustração abaixo demonstra como, em uma base relativa, os valores de extrato de saturação podem ser comparados entre si, com uma cor mais clara indicando uma CE de extrato de saturação mais baixa e uma cor mais escura indicando uma CE de extrato de saturação mais alta.
A fração de lixiviação (LF) é definida como a profundidade da água drenada para fora do fundo da zona radicular(Ddrain) dividida pela profundidade da água aplicada (por meio de irrigação e precipitação) ao perfil do solo(Dapplied).
Use a fração de lixiviação para calcular a quantidade de água que precisa passar pelo perfil para manter uma determinada condutividade elétrica na zona da raiz.
Por exemplo, se a CE da água de irrigação líquida for de 0,3 dS/m, e a água que drena pela zona radicular tiver uma CE de no máximo 3 dS/m, os irrigadores devem passar um décimo da água aplicada pelo perfil.
Tudo isso pressupõe, no entanto, que a drenagem (a quantidade de água que está sendo drenada para fora da parte inferior da zona da raiz) seja medida com precisão. Na prática, isso é algo muito difícil de medir. Uma abordagem inovadora é inverter as equações da fração de lixiviação e usar a CE da água de drenagem para calcular a drenagem profunda. A CE da água de drenagem pode ser medida com a instalação de sondas abaixo da zona da raiz.
Rearranjando as equações, a profundidade da água de drenagem é igual à profundidade da água aplicada, multiplicada pela CE da água aplicada (precipitação e irrigação), dividida pela CE da água de drenagem.
Na maioria das áreas, a chuva - que não contém sais - desempenhará um papel significativo no equilíbrio geral de sais. Uma boa maneira de ajustar a CE da água aplicada(CEaplicada) para a contribuição da chuva é multiplicar a CE da água de irrigação pela profundidade da irrigação e dividir pela profundidade da chuva mais a profundidade da irrigação.
A fração de lixiviação é de 0,4/4, ou seja, 10%. A água total perdida na drenagem é de 2,5 cm.
A Figura 2 mostra os valores de conteúdo de água do solo em três profundidades ao longo do tempo, imediatamente após a fertilização. Mas onde está o fertilizante? Os valores de umidade do solo não fornecem nenhuma indicação de lixiviação ou drenagem de nutrientes
Na Figura 3, as medições da CE do volume total e do conteúdo volumétrico de água de um GS3 foram usadas para calcular a CE da água dos poros nas mesmas três profundidades. Observe como o fertilizante permanece temporariamente na zona da raiz, mas é lixiviado com a drenagem da água da zona da raiz. Ambos os gráficos foram extraídos de Stirzaker (2010).
Os sensores a seguir lhe permitirão coletar dados para modelos e aplicativos específicos de CE.
5TE, GS3, TEROS 12
Esses sensores de umidade do solo podem ser usados para determinar:
G3 Drain Gauge e CTD + DG (sensor de CE/temperatura/profundidade)
O G3 e o HYDROS 21 + DG podem ser usados para determinar a CE da água de drenagem do solo(σw, ECdrain) quando instalados abaixo da zona da raiz. Além disso, os amostradores de água dos poros podem ser usados para determinar a CE da água dos poros(σw).
ES-2 sensor de temperatura e de CE
O ES-2 pode ser usado para determinar a CE da água de irrigação(σw, ECirrig) quando instalado em linha no tubo de irrigação (isso requer uma calibração personalizada).
Pluviômetro
O pluviômetro pode ser usado para determinar a profundidade da chuva(Drain).
Medidor de vazão Badger
Esse instrumento pode ser usado para determinar a profundidade da irrigação (Dirrig), desde que você saiba a área total que está sendo irrigada.
Hamed, Yasser, Magnus Persson e Ronny Berndtsson. "Medições da condutividade elétrica da solução do solo usando diferentes técnicas dielétricas". Soil Science Society of America Journal 67, no. 4 (2003): 1071-1078.(Link do artigo)
Hilhorst, Max A. "Um sensor de condutividade da água dos poros". Soil Science Society of America Journal 64, no. 6 (2000): 1922-1925.(Link do artigo)
Mualem, Y. e S. P. Friedman. "Theoretical prediction of electrical conductivity in saturated and unsaturated soil" (Previsão teórica da condutividade elétrica em solo saturado e não saturado). Water Resources Research 27, no. 10 (1991): 2771-2777.(Link do artigo)
Rhoades, J. D., P. A. C. Raats e R. J. Prather. "Effects of liquid-phase electrical conductivity, water content and surface conductivity on bulk soil electrical conductivity." Soil Science Society of America Journal 40 (1976): 651-655.
Rhoades, J. D., N. A. Manteghi, P. J. Shouse e W. J. Alves. "Condutividade elétrica do solo e salinidade do solo: New formulations and calibrations". Soil Science Society of America Journal, no. 2 (1989): 433-439.(Link do artigo)
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