umidade do solo sob uso da mesa de tensão e do funil de haines

XIII JORNADA DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO – JEPEX 2013 – UFRPE: Recife, 09 a 13 de dezembro.
UMIDADE DO SOLO SOB USO DA MESA DE TENSÃO E DO FUNIL
DE HAINES
Marcos Adriano Marques Pessôa Sales 1, Evanilson Paulino da Silva 2, Kairon Rocha Andrade 3, Wagner Luís da Silva
Souza 4, Brivaldo Gomes de Almeida 5.
Introdução
A curva característica de retenção de água do solo (CCRAS) é uma importante ferramenta utilizada para o estudo do
comportamento hídrico do solo, avaliando a capacidade de retenção de água dos diferentes tamanhos de poros do solo,
sob as diversas tensões, ocasionadas pela variação do potencial mátrico do solo. Segundo Cichota & Jong van Lier
(2004), a CCRAS pode ser considerada como uma parte fundamental da caracterização físico - hídrica do solo.
Para a determinação da CCRAS várias metodologias já foram descritas baseando-se no princípio do contato
hidráulico gerado entre o solo e um meio provido de poros tão pequenos que favorecem a permanência do solo em
estado de saturação, até que uma elevada tensão ou pressão seja estabelecida (Townend et al., 2000), ocasionando a
drenagem do solo. Dentre as metodologias, destacam-se a mesa de tensão, câmara de Richards e funil de Haines, que
embora difundidos e utilizados no meio físico, apresentam limitações que podem influenciar na eficiência do processo e
na confiabilidade dos dados na geração da CCRAS.
A mesa de tensão proposta por Leamer & Shaw (1941) e, no Brasil, por Oliveira (1968), apresenta como principal
desvantagem a necessidade da troca constante do papel tipo mata-borrão, além de não suportar a aplicação de altas
tensões, funcionando, confiavelmente, até tensões próximas à capacidade de campo, isto é, até 1,0 metro de coluna de
água (mca).
A câmara de Richards, embora não tenha restrições sobre aplicações de altas pressões (funcionando de 3
até 150 mca), é pouco precisa quando se pretende usá-la com baixas pressões, devido ao manômetro não favorecer a
aplicação de tais pressões. Além disso, oferece dificuldades para o estabelecimento do ponto de equilíbrio entre a
pressão aplicada e a água drenada, exigido longo tempo para os ensaios (até dois meses), além do alto custo do
equipamento (Almeida, 2008; Tavares et al.,2008).
Estes dois métodos têm como principal vantagem o número de amostra por ensaio, podendo chegar a 50 amostras na
mesa de tensão e mais de 70 para a câmara de Richards.
Por fim, o funil de Haines (1930), embora não exija o uso de balança para obtenção do volume drenado, tem a
desvantagem na quantidade de amostra por ensaio, permitindo o uso de apenas uma amostra de solo por vez, o que
torna necessário o emprego de vários funis para agilizar a determinação da curva de retenção, encarecendo todo o
processo.
Apesar das vantagens e desvantagens de cada método, pairam dúvidas sobre a exatidão dos valores de umidades
gerados após cada equilíbrio de tensão/pressão aplicada na construção de CCRAS.
Em vista disso, esse trabalho teve como objetivo comparar as metodologias para determinação da curva característica
de retenção de água em solos, a partir da mesa de tensão e funil de Haines, buscando o estabelecimento do método mais
adequado em termos de eficiência de execução, exatidão e precisão na obtenção dos dados da curva.
Material e Métodos
Solo: Localização, Classificação e Coleta
Para os ensaios da umidade retida a determinada tensão foi utilizado solo classificado como Latossolo Amarelo
distrocoeso (EMBRAPA, 2006), coletado e localizado na unidade sucroenergética da Usina Trapiche, situada no
município de Sirinhaém, distante 80 km de Recife-PE. Um perfil foi aberto para a descrição do solo, sendo
georreferenciado (08º34’10.1’’ S / 35º08’42.33’’ W) e posteriormente procedido a coleta do solo, em forma de blocos,
com dimensões variando conforme a ocorrência dos horizontes, sendo em média: 40 cm de comprimento x 40 cm de
largura x profundidade dada pela espessura do horizonte. Após a retirada dos blocos de cada horizonte, os blocos foram
revestidos com plástico filme e plástico bolha, e colocados em caixas de isopor, com o intuito de reduzir ao máximo os
impactos mecânicos durante o transporte do campo para o laboratório de Física do Solo/DEPA/UFRPE. No laboratório,
foram coletadas seis amostras, utilizando-se de anéis cilíndricos metálicos (com dimensões 2,5 cm de altura x 5 cm de
diâmetro), inseridas sem impacto nos blocos de cada horizonte, de modo a preservar a estrutura original do solo.
1
Primeiro Autor é Graduando em Engenharia Agrícola e Ambiental, Bolsista PIBIC, Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom
Manoel de Medeiros, s/n, Dois Irmãos, Recife-PE, CEP 52171-900. E-mail: [email protected]
Segundo Autor é Graduando em Agronomia do Departamento de Agronomia, Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de
Medeiros, s/n, Dois Irmãos, Recife-PE, CEP 52171-900.
3
Terceiro Autor é Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Ciências do Solo, Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel
de Medeiros, s/n, Dois Irmãos, Recife-PE, CEP 52171-900.
4
Quarto Autor é Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Ciências do Solo, Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel
de Medeiros, s/n, Dois Irmãos, Recife-PE, CEP 52171-900.
5
Quinto Autor é Professor Adjunto do Departamento de Agronomia, Universidade Federal Rural de Pernambuco. Av. Dom Manoel de Medeiros,
s/n, Dois Irmãos, Recife-PE, CEP 52171-900.
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Para este estudo, selecionou-se o horizonte BA. Após inserção dos anéis, os excessos de solo nas bordas foram
retirados com auxílio de uma espátula. A parte inferior do anel foi envolvida com pano poroso e presa com uma liga de
borracha, com intuito de evitar a perda de solo durante os ensaios, além de aumentar o contato entre o solo e o material
usado para aplicação da tensão. Em seguida, as amostras foram saturadas por capilaridade, durante um período de 24
horas. Pesaram-se as amostras (conjunto “anel+pano+liga+solo+água de saturação”) para a determinação do conteúdo
de água da amostra no ponto de saturação.
Determinação da Umidade pelo uso da Mesa de tensão e do Funil de Haines
Umidade x Mesa de tensão
Após a saturação das amostras, três delas foram pesadas e colocadas sobre a mesa de tensão, conforme descrito em
Oliveira (1968). Nesta mesa, as amostras são colocadas sobre o papel mata-borrão e cobertas com o tampão de vidro
para evitar evaporação durante o processo de aplicação de tensão. Em seguida, foram aplicadas tensões de 10, 20, 30,
40, 50, e 60 cm de coluna de água (cca). Após cada tensão aplicada, esperou-se o equilíbrio da tensão, que era obtido
quando cessada a drenagem de água dos poros do solo. Atingido o equilíbrio, cada conjunto
“anel+pano+liga+solo+água equilibrada na tensão aplicada” foi pesado, e retornado imediatamente para a mesa de
tensão, para que se aplicasse a tensão seguinte. Ao término do equilíbrio da última tensão aplicação (60 cca) e sua
respectiva pesagem, os conjuntos “anel+pano+liga+solo+água equilibrada na tensão aplicada” foram levados à estufa
(por 24 horas, a 105ºC), colocados em dessecadores e pesados, obtendo-se assim o peso de cada conjunto
“anel+pano+liga+solo à 105ºC”. Com os dados gerados, cada umidade gravimétrica (U) foi calculada utilizando-se a
equação (01), conforme sugere (EMBRAPA, 2011). As tensões aplicadas foram: 10; 20; 30; 40; 50 e 60 cca.
𝑈(%) = (
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 á𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑑𝑎 à 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜
) × 100
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 à 105℃
(01)
Umidade x Funil de Haines
As três amostras restantes da saturação foram colocada uma em cada Funil de Haines, previamente saturado e
montado com sistema de vácuo criado pela aplicação de sistema tipo sifão, típico para funcionamentos destes funis no
processo de remoção de água dos poros de solo. Neste sistema, deve haver o contato hidráulico da amostra de solos com
a placa porosa, mantendo-se o nível de água da pipeta no mesmo nível da placa saturada do funil. A tensão é aplicada
quando abaixa-se a mangueira flexível contento uma bureta na sua extremidade até que, o menisco da bureta coincida
com o valor da tensão desejada, dada em cm de coluna de água (cca). Com o desnível, ocorre a drenagem da água
presente nos poros da amostra do solo, até que a condição de equilíbrio seja alcançada, momento em que o nível do
menisco não varie mais da tensão aplicada. Na condição de equilíbrio, obtem-se o valor do volume de água drenado sob
a tensão aplicada. Do mesmo modo como feito para a mesa de tensão, após cada equilíbrio, aplica-se a próxima tensão,
até concluir todo o processo. Ao término do equilíbrio da última tensão aplicação (60 cca) e sua respectiva pesagem, os
conjuntos “anel+pano+liga+solo+água equilibrada na tensão aplicada” foram levados à estufa (por 24 horas, a 105ºC),
colocados em dessecadores e pesados, obtendo-se assim o peso de cada conjunto “anel+pano+liga+solo à 105ºC”. Com
os dados gerados, cada umidade gravimétrica (U) foi calculada utilizando-se a equação 01. Para efeito comparativo,
foram aplicadas as mesmas tensões usadas na mesa de tensão.
Análise Estatística dos Dados
Para a análise estatística, foram aplicados os testes de normalidade (Shapiro-Wilk) e homocedase (Levene) nos dados
de umidade, como também se aplicou o teste Tukey à 5% para comparação das médias de umidade, utilizando o
programa estatístico SAS Learning Edition versão 2.0 (SAS Institute, 2008).
Resultados e Discussão
Os valores das diferentes umidades gravimétricas, obtidos a partir do equilíbrio das tensões aplicadas via mesa de
tensão e funil de Haines, são observados na Tabela 1.
Observa-se que, até 50 cca, não houve diferenças entre os valores médios das umidades gravimétricas determinadas
tanto pela mesa de tensão, como pelo funil de Haines. Os valores só diferiram quando da aplicação da última tensão,
isto é, 60 cca.
Estes resultados comprovam que, para baixas tensões, até 50 cca, o método usado não interfere nos resultados das
umidades gravimétricas. Como a mesa de tensão comporta mais amostra que o funil de Haines, é recomendado que,
nestas condições use-se a mesa de tensão, que, aliado ao baixo custo para sua obtenção e manutenção, se apresenta
como uma alternativa mais viável para a obtenção de dados na construção da CCRAS.
Com o aumento da tensão aplicada, a água ficará retida, cada vez mais, em poros com menores tamanhos, sendo mais
difícil a sua remoção. Com relação a isto, às diferenças entres os valores das umidades gravimétricas (U) obtidos a
partir do equilíbrio na tensão de 60cca (apenas microporos retendo água), pode-se concluir que o funil de Haines, por
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apresentar menores de U (Tabela 1), foi mais eficiente na remoção da água dos menores poros do solo (microporos).
Esta deficiência na manutenção da tensão, fazendo com que a mesa de tensão tenha limitação na transmissão da sucção
do pepel mata-borão aos poros do solo, pode ser explicada pelo entupimento dos poros do papel, promovido pela
condução de parte de argilas dispersas no processo de drenagem da água dos poros do solo. Aparentemente, como
foram usadas as mesmas amostras, isto também deveria ocorrer no funil de Haines. Entretanto, o papel usado no ensaio
da mesa de tensão já estava como mais de um mês de uso, o que pode ter contribuído para sua deterioração e
ineficiência de sucção.
Portanto, sugere-se que na montagem da mesa de tensão seja usado um novo papel, sendo trocado após cada ensaio.
Esta precaução poderá gerar dados similares aos do funil de Haines, comprovando seu melhor uso. Ensaios posteriores,
atualmente em processo, poderão confirmar tais expectativas.
Agradecimentos
Ao CNPq/UFRPE, órgãos financiadores do Projeto/Bolsa PIBIC disponibilizada para o primeiro autor.
Referências
CICHOTA, R; JONG van LIER, Q. Análise da variabilidade espacial de pontos amostrais da curva de retenção de água
no solo. R. Bras. Ci. Solo, 28:585-596, 2004.
EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA - EMBRAPA, Manual de métodos de análise de solo.
Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 230 p. < http://www.cnps.embrapa.br/publicacoes/ > 2011
EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA - EMBRAPA. Centro Nacional de Pesquisa de Solos.
Sistema brasileiro de classificação de solos. 2.ed. Rio de Janeiro, 306p. 2006.
LEAMER, R.W.; SHAW, B. A simple apparatus for measuring noncapillary porosity an extensive scale. J. Am. Soc.
Agron., 33:1003-1008, 1941.
OLIVEIRA, L. B. Determinação da macro e microporosidade pela “mesa de tensão” em amostras de solo com estrutura
indeformada. Pesq. Agropec. Bras., v. 3, p. 197-200. 1968.
SAS Institute. User’s Guide. versão 2.0, versão para Windows. Cary, NC, USA, 2008.
Tavares, M.H.F.; Feliciano, J.J.S.; Vaz, C.M.P. Análise comparativa de métodos para determinação da curva de
retenção de água em solos. Irriga, 13:517-524, 2008.
TOWNEND, J.; REEVE, M.J.; CARTER, A. Water release characteristic In: SMITH, K.A., ed. Soil and environmental
analysis: Physical methods. 2.ed. New York, Marcel Dekker Incorporated, 2000. p.95-140.
Tabela 1. Valores das diferentes umidades gravimétricas, obtidos a partir do equilíbrio das tensões aplicadas via Mesa
de Tensão e Funil de Haines
Umidade Gravimétrica (U)
Funil de Haines
Mesa de Tensão
Uà10cm =
37,42
Aa
38,73
Aa
Uà20cm =
36,16
ABa
36,98
ABa
Uà30cm =
34,31
Ba
35,72
Ba
Uà40cm =
33,31
Ba
34,54
Ba
Uà50cm =
32,45
Ba
34,16
Ba
Uà60cm =
29,46
Ca
33,53
Bb
Médias seguidas de letras maiúsculas distintas na mesma coluna e de letras minúsculas distintas na mesma linha, não
diferem significativamente entre si pelo teste Tukey à 5% de probabilidade.