Previsão da qualidade do solo em áreas regadas com águas salinas

 

N. L. Castanheira¹, T. B. Ramos², M. C. Gonçalves², A. Prazeres², J. C. Martins², M. L. Fernandes², F. P. Pires² & F. L. Santos¹

¹ Dep. Eng. Rural, ICAM, Universidade de Évora, Pólo da Mitra, Apartado 94, 7000-554 Évora, e-mail: nlsc@uevora.pt;

² Instituto Nacional de Recursos Biológicos, L-INIA, ex. Estação Agronómica Nacional, Av. República, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras

 

RESUMO

Neste trabalho pretendeu-se prever a sali­nização e sodicização de dois solos com diferentes texturas, quando regados com águas salinas combinadas com fertirrigação diferenciada e após subsequente lavagem no período Outono-Inverno. A condutividade eléctrica do extracto de saturação e da solu­ção do solo foi usada como indicador de salinidade. A percentagem de sódio de troca (ESP) e razão de adsorção de sódio (SAR) foram os indicadores usados para caracteri­zar a sodicidade do solo. As relações entre indicadores foram analisadas por regressão múltipla. Os melhores resultados de previ­são foram encontrados para o indicador SAR no solo de textura mediana e nos períodos após a rega e a lavagem, enquanto que no solo de textura grosseira foram observados no período após lavagem. Verificou-se que o azoto aplicado contribui para a salinidade da solução do solo quando a água de rega contém baixo teor em sais. Como regra, à medida que a qualidade da água de rega se reduz, o azoto contribui para diminuir a salinidade da solução do solo.

Palavras-chave: azoto, rega, salinidade, sodicidade.

 

Prediction of soil quality in areas irrigated with saline waters

ABSTRACT

This work aims predicting salinization and sodification in two soils with different textures when they are irrigated with saline waters combined with different fertirrigation levels, and after the fall/winter rainfall washout of the soil. The electrical conduc­tivity of the saturation paste and of the soil solution was used as soil salinity indicator. The exchangeable sodium percentage (ESP) and sodium adsorption ratio (SAR) were used to characterize soil sodicity. Relation­ships between the indicators were studied with multiple regression analysis. The re­sults reveal that better predictions are ob­tained when the indicator SAR is used for the medium textured soil and when the irri­gation season and the rain washout period are taken into consideration, but for the coarse textured soil such predictions are best obtained only after the rain period. The ap­plied nitrogen also contributes to soil solution salinity only when low salt content is observed in the irrigation water. As a gen­eral rule, as the water quality decreases, ni­trogen applications contribute to diminish the soil solution salinity.

Key-words: fertilizer, irrigation, salinity, sodicity.

 

INTRODUÇÃO

A salinização do solo é uma das princi­pais preocupações em áreas de regadio Mediterrânicas em que, frequentemente, a água disponível para a rega apresenta con­teúdos elevados em sais. Esta prática induz riscos acrescidos de acumulação de sais na zona das raízes das culturas, com conse­quentes decréscimos de produção e da ferti­lidade do solo (Läuchli & Epstein, 1990).

O excesso de Na⁺ e pH muito elevado de águas de rega salinas conduz à salinização e sodicização do solo, promovendo a expan­são e/ou a dispersão da argila, alterando a geometria dos poros do solo, a permeabili­dade intrínseca do solo, a retenção e arma­zenamento de água e a sua produtividade (Keren, 2000). A dispersão da estrutura do solo origina a compactação superficial do solo e a destruição da sua estrutura, o blo­queio da porosidade e a redução da taxa de infiltração, aumentando o escorrimento e diminuindo a disponibilidade de água para as culturas.

Para avaliar o estado de sodicização de um solo são usados, entre outros, os parâ­metros percentagem de sódio de troca (ESP) e razão de adsorção de sódio (SAR) (Levy, 2000). O primeiro descreve o nível de Na⁺ adsorvido no solo, enquanto o segundo des­creve o Na⁺ presente na água de rega ou na solução do solo. De acordo com o U.S. Salinity Laboratory (Richards, 1954) e WRB (2006), um solo é considerado sódico quando as suas propriedades físicas são adversamente afectadas pelo sódio, apresen­tando um ESP > 15 ou o somatório de Na e Mg > 50 %. É, contudo, considerado salino quando apresenta a condutividade do extrac­to de saturação (CE) superior a 4 dSm^-1. Os solos com CE > 4 dSm^-1 e ESP > 15 ou Na+Mg > 50 % são denominados de sódi­co-salinos.

A qualidade do solo é frequentemente definida como a capacidade de dado tipo específico de solo poder funcionar como ecossistema e sustentar as actividades humanas, animais, vegetais e, ainda, pro-mover a qualidade ambiental (Doran & Par-kin 1994, Karlen et al. 1997 e Seybold et al. 1998). No caso da salinização/sodicização, os parâmetros a usar como indicadores são de natureza química, tais como a CE eo SAR, e são também identificados por Andrews et al. (2004) como importantes em regiões áridas.

Neste trabalho apresentam-se diversas equações de regressão múltipla para prever a qualidade do solo e da sua solução, ava­liadas através dos indicadores de salinidade (CE) e sodicidade (SAR e ESP), quer nos períodos após os ciclos de rega, quer após os períodos de lavagem do solo. As equa­ções foram obtidas a partir de estudos reali­zados e de resultados por Santos et al. (2008) em que, através de um sistema de rega gota-a-gota em Fonte Tripla Linear, foram aplicadas ao solo várias combinações de água salina e fertilizante azotado.

 

MATERIAL E MÉTODOS

Ao longo de três anos (2004 a 2006), foi estudado o comportamento de um Fluvissolo êutrico de textura mediana (Alvalade-Sado) e de um Antrossolo hórtico de textura ligeira(Mitra -Évora) quanto à aplicação de sais e fertilizante azotado na água de rega. Estes solos encontram-se caracterizados em Santos et al. (2008) e são aqui indicadas, apenas, algumas características relativas ao estado de salinidade/sodicidade no início dos ensaios. O Fluvissolo êutrico e o Antrossolo hórtico apresentavam, respectivamente, a condutivi­dade eléctrica do extracto de saturação (CEe) de 0,42 e 0,48 dSm^-1, o SAR de 3,25 e 0,38 (meq L^-1)^0,5 e o ESP de 2,06 e 0,63 %.

O sistema de rega utilizado é denominado de Fonte Tripla Linear (Figura 1), sendo adaptado de Malach et al., 1995. Permite, numa área reduzida, a conjugação de diver­sas combinações de sal e de fertilizante azo­tado provenientes de 3 fontes de água: água salina (água de rega com NaCl dissolvido), água de rega (não salina) e água + fertili­zante (água de rega com adição de NH4NO3). São assim obtidos dois gradien­tes cruzados, um com 3 níveis diferentes de salinidade (Modalidades A, B e C, decres­cente ao longo da linha de cultura e nulo na modalidade C), e outro com 4 níveis de fer­tilização azotada (Grupos I a IV, decrescen­te do grupo I para o grupo IV, com aplica­ção nula).

 

Figura 1 – Esquema em Fonte Tripla Linear, onde se observa os gradientes de fertilizante e sal que originam as várias modalidades.

 

As 3 fontes de água provêm de três tuba-gens de rega instaladas ao longo de cada linha de cultura, em que os gradientes são impostos por variações no débito dos gote­jadores em cada ponto de rega (Quadro 1). A dotação aplicada em cada ponto de rega mantém-se constante, debitando 18 Lh^-1 por metro linear de cultura de milho.

 

Quadro 1 – Esquema dos campos experimentais, podendo-se observar os 4 grupos e as 3 modalida­des e os respectivos débitos em cada ponto de rega.

 

A água de rega usada nos campos expe­rimentais foi classificada segundo o U.S. Salinity Laboratory (Richards, 1954), como C3S1 em Alvalade e C2S1 na Mitra, signifi­cando um risco elevado e médio de salini­dade, e baixo risco de sodicização. A quali­dade destas águas foi posteriormente alterada com adição de sais (NaCl), e classificadas como C4S1, devido ao aumento do risco de salinização para muito elevado. As várias quantidades de sais (Na⁺) aplicados por modalidade nos 3 anos de ensaios encon­tram-se no Quadro 2, e correspondem aos TDS (Total de Sais Dissolvidos). A pluvio­sidade durante os 3 anos de ensaio foi infe­rior à média, em particular nos anos de 2004 e 2005, em que foram registados 200 e 400 mm, respectivamente. No ano de 2006, regressou aos valores médios da região, tendo sido registados cerca de 600 mm de pre­cipitação.

 

Quadro 2 – Quantidade total de água de rega (R em mm), de sais na água de rega salina (Na⁺) e de fertilizante azotado (N) aplicados por modalidade, nos 3 anos de ensaio.

 

Os TDS obtidos experimentalmente foram convertidos em valores médios de CE, em cada ano e tratamento (Quadro 3), através da equação (Richards, 1954)

TDS (g L^-1) ≈ 0,64 x CE (dSm^-1)           (1)

 

Quadro 3 – Valores de Condutividade eléctrica média das águas de rega (CEw) aplicadas nos vários grupos e modalidades nos 3 anos de ensaio.

 

A evolução da condutividade eléctrica, CE, da solução do solo foi monitorizada durante os 3 ciclos de rega e na subsequente lavagem pela água da chuva durante o período Outono/Inverno. Foram usadas amostras recolhidas com cápsulas porosas ou lisímetros às profundidades de 20, 40 e 60 cm, nas modalidades A e C em todos os Grupos em Alvalade e nos grupos I, III e IV na Herdade da Mitra.

Para a obtenção de séries temporais da CEe, SAR e ESP no extracto de saturação do solo, colheram-se amostras em todos os grupos e modalidades (a 3 profundidades: 0-20, 20-40, 40-60 cm) no início dos ensaios, após os 3 ciclos de rega (Setem­bro) e no fim dos períodos chuvosos (Abril/Maio do ano seguinte). Para o cálcu­lo do ESP usou-se a capacidade de troca catiónica expressa em cmolc kg^-1 de solo a pH 7,0.

Foi realizada uma análise de regressão múltipla com stepwise para avaliar a possi­bilidade de se prever a CE da solução do solo do Fluvissolo e Antrossolo ao longo do tempo, efectuada entre os valores de CE (variável dependente) da solução do solo obtidos com as cápsulas porosas e as quan­tidades de água (R), azoto (N) e sódio (Na⁺) aplicados em cada ano (variáveis independentes) para os dois locais de ensaio no seu conjunto. Os tipos de solo (Solo) e a profundidade foram também considerados.

Em relação ao solo, as relações causa­efeito entre os indicadores CEe, SAR e ESP do extracto de saturação do Fluvissolo e Antrossolo foram estudadas através de aná­lise de regressão múltipla com stepwise. Estabeleceram-se várias regressões entre os valores de CEe, SAR e ESP (variáveis dependentes) obtidos, com as quantidades de água de rega (R) e da precipitação ocor­rida, da CE da água de rega (CEw) e azoto (N) aplicados em cada ano (variáveis inde­pendentes), para os dois locais separada­mente e em dois eventos distintos: o final dos ciclos de rega e após a lavagem pela chuva. Os tipos de solo (Solo) e a profun­didade foram também considerados.

As análises de regressão múltipla foram obtidas com o programa Statgraphics Plus 5.1. Os valores dos parâmetros monitoriza­dos ao longo de três anos de ensaio, e que servem de base aos cálculos estatísticos apresentados, encontram-se descritos em Castanheira et al. (2007) e Santos et al. (2008).

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Solução do solo

Os parâmetros da equação de regressão múltipla e os coeficientes de determinação da equação resultante são apresentados no Quadro 4.

 

Quadro 4 – Coeficientes de regressão, deter­minação e níveis de significância das equações obtidas para a CE da solução do solo nos dois locais.

 

A análise de variância revelou uma soma de quadrados da regressão (SSR) de 9436,31 e uma soma de quadrados do erro (SSE) de 3330,37 e relação linear signifi­cativa entre as variáveis critério e o con-junto das variáveis predictoras, F (11,1389) = 357,78, p <0,001. A capacidade explicati­va desta regressão é dada pelo coeficiente de determinação de 0,74 (grau de signifi­cância de 99%).

Na Figura 2 apresenta-se a estimativa da CE da solução do solo aos 10 cm de pro­fundidade, com diversas combinações de N e Na⁺ na água de rega, para um ciclo de rega de 700 e 1000 mm.

 

Figura 2 – Estimativa da CE da solução do solo com diversas concentrações de azoto e de sódio para o Fluvissolo e Antrossolo aos 10 cm, com rega de 700 mm.

 

Os valores mais elevados de CE na solu­ção do solo foram verificados, como espec­tável, com os teores mais elevados de Na⁺ aplicado na água de rega. Verificou-se, ainda, que quando a água de rega apresen­tava um baixo teor de sais o N aplicado contribui para a salinidade da solução do solo. À medida que este teor em sais aumenta e a qualidade da água de rega diminui, o azoto contribuiu para diminuir a salinidade da solução do solo. Este efei­to é mais importante com aplicação de maior quantidade de água de rega.  

Extracto de saturação do solo

Nos Quadros 5 e 6 são apresentados os coeficientes de regressão, de determinação e os respectivos níveis de significância para as equações obtidas. As análises de variância indicam a existência de relação linear significativa entre as variáveis dependentes CEe, SAR e ESP e algumas das variáveis independentes contempladas (Quadros 5 e 6).

 

Quadro 5 – Coeficientes de regressão, determinação e níveis de significância das equações ajustadas para a CEe, SAR e ESP do solo no final dos ciclos de rega nos dois locais.

 

Quadro 6 – Coeficientes de regressão, determinação e níveis de significância das equações ajustadas para a CEe, SAR e ESP do solo após a lavagem pela chuva nos dois locais.

 

Obtiveram-se coeficientes de determina­ção (R²) para o Antrossolo que variam entre 0,65 e 0,74, no final dos ciclos de rega (n=107 observações) e entre 0,64 e 0,87, após o período das chuvas (com n=71 observações). Para o Fluvissolo, os R² varia­ram entre 0,72 e 0,82 no caso do fim do ciclo de rega e entre 0,60 e 0,86 após o ciclo chuvoso (n= 107 observações nos dois casos). Já para o final do período de lava-gem, com amostras de 72 observações, os valores de R² situaram-se entre 0,64 e 0,87 no Antrossolo (Mitra) e entre 0,60 e 0,86 no Fluvissolo (Alvalade).

A previsão menos conseguida, ocorreu para a CEe no Fluvissolo após o período das chuvas, com R² de, apenas, 0,60. Não foram reconhecidas interacções estatisticamente significativas entre a CEe do solo e a quan­tidade de N aplicado na água de rega após o ciclo de rega e após a lavagem pelas chuvas, concluindo-se que o N não contribui positivamente para a salinização deste solo.

Interacções significativas foram observadas entre a CEe do solo e a CEw, após os períodos chuvosos dos 3 anos de ensaio. Esta estimativa da CEe é apresentada na Figura 3 para os 10 cm de profundidade, verificando-se que com o aumento da CEw aumenta também a CEe do solo, até ao valor máximo de CE de 3,28 dS m^-1, a partir do qual aumentos da salinidade da água de rega não induzem já mais acréscimos de salinidade no extracto de saturação do solo.

 

Figura 3 -Estimativa da CEe do Fluvissolo aos 10 cm, com diversas concentrações de sódio nos 3 anos de ensaio para os períodos chuvosos.

 

Na Figura 4 apresenta-se a previsão de evolução da CEe do Antrossolo para os 10 cm de profundidade, em que se observaram interacções significativas com a CEwea quantidade de N aplicada na água de rega para os 3 anos de ensaio. Verifica-se que, para teores reduzidos de salinidade da água de rega (< 1 dS m^-1), o N aplicado contribui para o aumento da salinidade do extracto de saturação do solo. Para além de 2 dS m^-1, a CEw contribui bastante para a salinidade do extracto de saturação do Antrossolo.

 

Figura 4 -Estimativa da CEe do Antrossolo aos 10 cm, com diversas concentrações de azoto e de sódio nos 3 anos de ensaio para os períodos chuvosos.

 

As previsões mais encorajadoras foram encontradas para o parâmetro SARs em Alvalade, com valores de R² de 0,82 e 0,86 (após a rega e a lavagem) e na Mitra, com 0,87 após a lavagem. Nas Figuras 5 e 6 apresentam-se estas estimativas do SAR para os dois solos aos 10 cm de profundida­de e após os períodos chuvosos.

 

Figura 5 -Estimativa do SAR do solo aos 10 cm, com diversas concentrações de azoto e de sódio para o Fluvissolo nos 3 anos de ensaio para os períodos chuvosos.

 

Figura 6 -Estimativa do SAR do solo aos 10 cm, com diversas concentrações de azoto e de sódio para o Antrossolo nos 3 anos de ensaio para os períodos chuvosos.

 

A interacção da quantidade de N aplicado e da CEw revelou ser estatisticamente signi­ficativa para a previsão do SARs do Fluvis­solo e do Antrossolo. Para o primeiro solo foi encontrada uma relação linear entre SARsea CEw e para o Antrossolo uma relação quadrática, em que em ambos os solos, com maior quantidade de N aplicado (14 e 21 g m^-2) corresponde um SARs menor em todos os tratamentos de CEw induzidos.

Observou-se que o Fluvissolo apresenta um maior risco de sodicização que o Antrossolo, facto que não pode só ser atri­buído às características químicas do solo, que apresenta um SAR inicial de 3,25, mas também à sua infiltrabilidade reduzida e tendência para a formação de crosta de superfície com as regas, o que propiciou acumulação de sódio nos 3 anos de ensaio. Estudos anteriores, efectuados por Gonçal­ves et al. (2006), referem que a aplicação de água de rega com 3,2 dS m^-1 num Fluvisso­lo induziu salinização/sodicização durante o ciclo de rega e que a precipitação ocorrida (445 e 587 mm) não terá sido suficiente para restaurar as condições iniciais de salinida­de/sodicidade abaixo dos 40cm.

Já quanto ao Antrossolo, os valores mais elevados de SARs foram observados em 2004, ano em que a precipitação foi escassa (cerca de 200 mm), não tendo sido suficien­te para promover a lavagem de sais no período Outono/Inverno. Nos anos seguin­tes, o SARs descresceu, indicando a capaci­dade de lavagem deste solo consequência da sua textura grosseira. Este comportamento foi também observado na previsão da CEe (Figura 5).

 

CONCLUSÕES

Dos três anos de monitorização de um Fluvissolo êutrico e de um Antrossolo hórti­co num ensaio em Fonte Tripla Linear foram observadas como estatisticamente significativas as relações entre as quantida­des de N e Na⁺ aplicadas na água de rega e a CE, SAR e ESP do solo. A previsão da qua­lidade do solo com estes indicadores de sali­nidade e sodicidade mostrou-se possível e estatisticamente representativa por análises de regressão múltipla com R² entre 0,60 e 0,87, simulando o comportamento destes solos quando regados com águas salinas (até 4 dS m^-1) e com adição de N pela fertiliza­ção azotada (até 22 g m^-2). Para a simulação da CE da solução do solo, a análise de regressão conjunta (Alvalade e Mitra) apre­sentou um R² de 0,74, confirmando que o Na⁺ dissolvido na água de rega contribuiu para a salinização da solução do solo.

O Fluvissolo de textura mediana revelou alguma tendência para a sodicização, mes­mo após os períodos chuvosos que, contudo, não se revelaram suficientes para efectua­rem lavagem de sais do perfil. O Antrossolo de textura grosseira tem menor capacidade de retenção de água mas mostrou-se favorá­vel à lixiviação do Na⁺ após os ciclos de rega, facto mais evidente ainda após a esta­ção das chuvas.

A rega com águas de má qualidade alte­rou os indicadores da qualidade dos dois solos, em particular do Fluvissolo de Alva­lade. Contudo, a rega com águas salinas torna-se possível principalmente quando sufi­ciente água é fornecida ao solo para promo­ver a lixiviação dos sais da zona radical das culturas, e outras práticas conservativas são complementarmente usadas.

 

AGRADECIMENTOS

Este estudo foi realizado no âmbito do projecto PTDC/AGR-AAM/66004/2006 da FCT e AGRO 727, financiado no quadro do Programa AGRO, medida 8.1.

 

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