As curvas de liberação de umidade do solo (também chamadas de curvas características de água no solo ou curvas de retenção de água no solo) são como impressões digitais físicas, exclusivas de cada tipo de solo. Os pesquisadores as utilizam para entender e prever o destino da água em um determinado solo em uma condição específica de umidade. As curvas de liberação de umidade respondem a perguntas críticas, como: em que teor de umidade o solo sofrerá murcha permanente? Por quanto tempo devo irrigar? Ou a água será drenada rapidamente pelo solo ou ficará retida na zona da raiz? Elas são ferramentas poderosas usadas para prever a absorção de água pelas plantas, a drenagem profunda, o escoamento superficial e muito mais.
Há uma relação entre o potencial hídrico e o conteúdo volumétrico de água que pode ser ilustrada por meio de um gráfico. Juntos, esses dados criam uma forma de curva chamada de curva de liberação de umidade do solo. A forma de uma curva de liberação de umidade do solo é exclusiva de cada solo. Ela é afetada por muitas variáveis, como a textura do solo, a densidade aparente, a quantidade de matéria orgânica e a composição real da estrutura dos poros, e essas variáveis diferem de local para local e de solo para solo.
A Figura 1 mostra exemplos de curvas para três solos diferentes. No eixo X está o potencial hídrico em uma escala logarítmica, e no eixo Y está o conteúdo volumétrico de água. Essa relação entre o conteúdo de água do solo e o potencial hídrico (ou sucção do solo) permite que os pesquisadores entendam e prevejam a disponibilidade e o movimento da água em um tipo específico de solo. Por exemplo, na Figura 1, você pode ver que o ponto de murcha permanente (linha vertical direita) estará em diferentes conteúdos de água para cada tipo de solo. O barro arenoso fino sofrerá murcha permanente a 5% de VWC, enquanto o barro siltoso sofrerá murcha permanente a quase 15% de VWC.
Para entender as curvas de liberação de umidade do solo, é necessário explicar as propriedades extensivas e intensivas. A maioria das pessoas analisa a umidade do solo apenas em termos de uma variável: o conteúdo de água do solo. Mas dois tipos de variáveis são necessários para descrever o estado da matéria ou da energia no ambiente. Uma variável extensiva descreve a extensão (ou quantidade) de matéria ou energia. E a variável intensiva descreve a intensidade (ou qualidade) da matéria ou energia.
| Variável extensa | Variável intensiva |
|---|---|
| Volume | Densidade |
| Conteúdo de água | Potencial hídrico |
| Conteúdo de calor | Temperatura |
O conteúdo de água do solo é uma variável extensa. Ele descreve a quantidade de água existente no ambiente. O potencial hídrico do solo é uma variável intensiva. Ele descreve a intensidade ou a qualidade (e, na maioria dos casos, a disponibilidade) da água no ambiente. Para entender como isso funciona, pense em variáveis extensivas versus intensivas em termos de calor. O conteúdo de calor (uma variável extensiva) descreve a quantidade de calor armazenada em uma sala. A temperatura (uma variável intensiva) descreve a qualidade (nível de conforto) ou como seu corpo perceberá o calor nesse ambiente.
A Figura 2 mostra um grande navio no Ártico versus um hot rod que acabou de ser aquecido em um incêndio. Qual desses dois itens tem maior conteúdo de calor? É interessante notar que o navio no Ártico tem um conteúdo de calor maior do que o bastão quente, mas é o bastão que tem uma temperatura mais alta.
Se colocarmos a haste quente em contato com o navio, qual variável determina como a energia fluirá? A variável intensiva, a temperatura, determina como a energia se moverá. O calor sempre se move de uma temperatura alta para uma temperatura baixa.
Assim como o calor, o conteúdo de água do solo é apenas uma quantidade. Ele não nos informa como a água se movimentará ou o nível de conforto de uma planta (água disponível para a planta). Mas o potencial hídrico do solo, a variável intensiva, prevê a disponibilidade e a movimentação da água. Como?
Água disponível para a planta: As medições do potencial hídrico indicam claramente a água disponível para a planta e, ao contrário do conteúdo de água, há uma escala de referência fácil - o ideal para a planta vai de cerca de -2-5 kPa, que está no lado muito úmido, até aproximadamente -100 kPa, no lado mais seco do ideal. Abaixo disso, as plantas estarão em déficit e, após -1000 kPa, começarão a sofrer. Dependendo da planta, potenciais hídricos abaixo de -1000 a -2000 kPa causam murcha permanente.
Movimento da água: A água do solo sempre se move de um potencial hídrico alto para um potencial hídrico baixo. Por exemplo, se o potencial hídrico de um solo fosse de -50 kPa, a água se moveria em direção à camada de solo com um potencial hídrico mais negativo de -100 kPa.
Isso também se aproxima do que acontece no continuum planta-solo-atmosfera. Na Figura 4, o solo está a -0,3 MPa e as raízes estão um pouco mais negativas, a -0,5 MPa. Isso significa que as raízes puxarão a água do solo para cima. Em seguida, a água subirá pelo xilema e sairá pelas folhas ao longo desse gradiente de potencial. A atmosfera, a -100 MPa, é o que impulsiona esse gradiente. Portanto, o potencial hídrico define a direção em que a água se moverá no sistema.
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As curvas de liberação de umidade do solo podem ser feitas in situ ou em laboratório. No campo, o conteúdo de água do solo e o potencial de água do solo são monitorados por meio de sensores de solo.
Os sensores dielétricos fáceis e confiáveis da METER informam dados de umidade do solo quase em tempo real diretamente por meio do registrador de dadosZL6 para o site cloud (ZENTRA Cloud). Isso economiza uma enorme quantidade de trabalho e despesas. O TEROS 12 mede o teor de água e é simples de instalar com a ferramenta de instalação de furos de sondagem TEROS . O TEROS 21 é um sensor de potencial hídrico de campo fácil de instalar, e o TEROS 32 é um tensiômetro de baixa manutenção que também mede o potencial hídrico.
No laboratório, você pode combinar as funções METER HYPROP e WP4C para gerar automaticamente curvas completas de liberação de umidade do solo em toda a faixa de umidade do solo.
Veja como as curvas de liberação de umidade em laboratório e in situ se comparam
Uma curva de liberação de umidade do solo une a variável extensiva do conteúdo volumétrico de água com a variável intensiva do potencial hídrico. O gráfico das variáveis extensivas e intensivas permite que pesquisadores e irrigadores respondam a perguntas críticas, como para onde a água do solo se deslocará. Por exemplo, na Figura 5 abaixo, se os três solos abaixo fossem diferentes camadas de horizonte do solo com 15% de conteúdo de água, a água na areia fina argilosa começaria a se mover em direção à camada de argila arenosa fina porque ela tem um potencial hídrico mais negativo.
Uma curva de liberação de umidade do solo também pode ser usada para tomar decisões de irrigação, como quando ligar e quando desligar a água. Para isso, os pesquisadores ou irrigadores devem entender tanto o conteúdo volumétrico de água (VWC) quanto o potencial hídrico. O VWC informa ao produtor a quantidade de irrigação a ser aplicada. E o potencial hídrico mostra a disponibilidade dessa água para as culturas e quando interromper a irrigação. Veja como isso funciona.
A Figura 6 mostra curvas típicas de liberação de umidade para uma areia argilosa, uma argila siltosa e um solo argiloso. A -100 kPa, o conteúdo de água do solo arenoso está abaixo de 10%. No entanto, no solo argiloso, é de aproximadamente 25%, e no solo argiloso, é próximo de 40%. A capacidade de campo está normalmente entre -10 e -30 kPa. E o ponto de murcha permanente está em torno de -1500 kPa. Um solo mais seco do que esse ponto de murcha permanente não forneceria água a uma planta. E a água em um solo mais úmido do que a capacidade de campo seria drenada para fora do solo. Um pesquisador/irrigador pode examinar essas curvas e ver qual seria o nível ideal de conteúdo de água para cada tipo de solo.
A Figura 7 é a mesma curva de liberação de umidade mostrando a faixa de capacidade de campo (linhas verticais verdes), o limite inferior normalmente definido para uma cultura irrigada (amarelo) e o ponto de murcha permanente (vermelho). Usando essas curvas, um pesquisador/irrigador pode ver que o potencial hídrico da argila siltosa deve ser mantido entre -10 e -50 kPa. E o conteúdo de água que corresponde a esses potenciais hídricos informa ao irrigador que os níveis de conteúdo de água da argila siltosa devem ser mantidos em aproximadamente 32% (0,32 m3/m3). Os sensores de umidade do solo podem alertá-lo quando ele estiver acima ou abaixo desse limite ideal.
Depois que as informações são coletadas de uma curva de liberação, o registrador de dadosZL6 da METER e o ZENTRA Cloud simplificam o processo de manutenção de um nível de umidade ideal. Os limites superior e inferior podem ser definidos em ZENTRA cloud e aparecem como uma faixa sombreada sobreposta aos dados de umidade do solo quase em tempo real (sombra azul), facilitando saber quando ligar e desligar a água. Os avisos são enviados automaticamente quando esses limites se aproximam ou são ultrapassados.
Saiba mais sobre como melhorar a irrigação com a umidade do solo
Há 15 ou 20 anos, levava meses para obter uma curva de liberação de umidade do solo completa e detalhada no laboratório, mas avançamos muito desde então. Por quê?
As curvas de liberação de umidade sempre tiveram duas áreas fracas: um intervalo de dados limitados entre 0 e -100 kPa e uma lacuna de -100 kPa a -1000 kPa, onde nenhum instrumento poderia fazer medições precisas. Entre 0 e -100 kPa, o solo perde metade ou mais de seu conteúdo de água. Usar placas de pressão para criar pontos de dados para essa seção de uma curva de liberação de umidade significava que a curva se baseava em apenas cinco pontos de dados.
E ainda há a lacuna. As leituras mais baixas do tensiômetro foram cortadas em -0,085 MPa, enquanto historicamente a faixa mais alta do medidor de potencial hídrico WP4 mal alcançou -1 MPa. Isso deixou um buraco na curva bem no meio da faixa disponível para a planta.
Em 2008, a METER Group AG, da Alemanha, lançou o HYPROP, um instrumento capaz de produzir mais de 100 pontos de dados na faixa de 0 a -0,1 MPa. Isso resolveu o problema de resolução com mais de 20 vezes mais dados por trás dessa seção da curva.
Em 2010, a METER Group lançou o redesenhado medidor de potencial hídrico WP4C . Ganhos significativos de precisão e faixa agora permitem que o WP4C faça boas leituras até a faixa do tensiômetro. Usando o HYPROP com o redesenhado WP4Cum experimentador habilidoso pode agora fazer curvas de liberação de umidade completas e de alta resolução. Para obter informações detalhadas sobre como fazer curvas completas de liberação de umidade do solo no laboratório, consulte nosso Guia do aplicativo Moisture Release Curve.
A colocação de sensores de potencial de água e sensores de umidade do solo in situ adiciona muito mais curvas de liberação de umidade à base de conhecimento de um pesquisador. E, como o desempenho no local de solos não saturados é a principal preocupação dos engenheiros geotécnicos e cientistas de irrigação, seria ideal adicionar medições in situ às curvas produzidas em laboratório.
No webinar abaixo, o Dr. Colin Campbell, cientista pesquisador da METER, resume um artigo recente apresentado na Conferência Pan-Americana de Solos Não Saturados. O artigo, "Comparing in situ soil water characteristic curves to those generated in the lab" (Comparando curvas características da água do solo in situ com as geradas em laboratório), de Campbell et al. (2018), ilustra como as SWCCs geradas in situ usando o sensor de potencial matricial calibrado TEROS 21 e os sensores de conteúdo de água do METER se comparam às criadas em laboratório.
As curvas de liberação de umidade do solo podem fornecer ainda mais percepções e informações além do escopo deste artigo. Os pesquisadores as utilizam para entender muitas questões, como a capacidade de encolhimento do solo, a capacidade de troca catiônica ou a área de superfície específica do solo. No vídeo abaixo, o especialista em umidade do solo Leo Rivera fornece informações mais detalhadas sobre como usar uma curva de liberação de umidade para analisar o comportamento individual do solo em relação à água.
Tudo o que você precisa saber sobre a medição da umidade do solo - tudo em um só lugar.
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Seis vídeos curtos ensinam tudo o que você precisa saber sobre o conteúdo de água do solo e o potencial de água do solo - e por que você deve medi-los juntos. Além disso, domine os conceitos básicos da condutividade hidráulica do solo.
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TDR, FDR, capacitância, resistência: Uma comparação dos métodos comuns de detecção de umidade do solo, seus prós e contras e suas aplicações exclusivas.
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A maioria das pessoas analisa a umidade do solo apenas em termos de uma variável - o conteúdo de água. Mas são necessários dois tipos de variáveis para descrever o estado da água no solo.
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