Modelagem da dinâmica do potencial de água no solo nos diferentes

a) Área sem vegetação

Os dados estimados na modelagem direta e inversa pelo programa HYDRUS-1D e avaliados no campo do potencial da água na área sem cobertura vegetal nas profundidades de 10, 30 e 60cm estão apresentados nas figuras 5.8, 5.10 e 5.12

O valor máximo de potencial observado foi de -368cm de H2O (Figura 5.8) na profundidade de 10cm da área sem vegetação. No período entre 130 a 373 dias (dezembro a julho) houve um grande volume de precipitação e o potencial se manteve próximo da saturação, com alguns picos de potencial próximos de -200cm de água em períodos com ausência ou eventos de baixos valores de precipitação. A modelagem de forma inversa e direta superestimaram a umidade no período de menor precipitação (130 à 350 dias) e uma boa conformidade no período de menor precipitação (0 à 100 dias). Entretanto, o modelo não foi capaz de predizer as grandes variações de potencial em alguns eventos do período chuvoso.

A modelagem de forma inversa apresentou um pico de -216cm de H2O de maior, aproximando-se mais do valor medido (-368cm de H2O) em comparação a modelagem de forma direta que apresentou potencial de -188cm de H2O.

Apesar de os resíduos se distribuem em todo período estudado (373 dias) de forma semelhante (Figura 5.9), a modelagem de forma direta apresentou o valor de RMSE ligeiramente inferior a modelagem inversa (Tabela 5.2), indicando uma melhor conformidade com os dados observados no campo.

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Tabela 5.2 – Desempenho dos resultados originados de forma inversa e direta através do modelo unimodal de Van Genuchten-Mualem para a área sem cobertura vegetal e cultivo de palma de óleo.

Tratamentos Formas Profundidades RMSE 0-130 dias

RMSE 130-373 dias

Sem cobertura vegetal

Inversa 10 cm 61 46 30 cm 65 18 60 cm 26 17 Direta 10 cm 51 39 30 cm 96 37 60 cm 76 43 Palma de óleo Inversa 10 cm 104 46 30 cm 127 51 60 cm 99 25 Direta 10 cm 75 35 30 cm 135 58 60 cm 105 37

Na profundidade de 30cm, o valor mínimo de potencial observado foi de -504cm de H2O (Figura 5.10) no dia 122. No período entre os dias 130 a 373 dias (dezembro a julho) houve um grande volume de precipitação e o potencial da água no solo se manteve próximo da saturação, com alguns picos de potencial que atingiram valores de -150cm de H2O, em épocas com ausência ou eventos de baixos valores de precipitação. A modelagem de forma direta superestimou a umidade do solo (baixos potenciais) do potencial do solo no período de maior precipitação (130 a 373 dias), e a modelagem inversa teve um comportamento similar neste período (Figura 5.9).

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Figura 5.8– Precipitação e potencial de água no solo em área sem cobertura vegetal na profundidade de 10 cm.

Figura 5.9 - Dispersão dos resíduos da modelagem inversa e direta em função do tempo na profundidade de 10 cm na área sem vegetação.

A modelagem de forma inversa teve uma maior conformidade com os dados observados no período (0 a 130 dias) apresentado potencial de -219cm de H2O em comparação a modelagem de forma direta que apresentou potencial de -175cm de H2O. O maior valor medido neste período foi de -498cm de H2O (Tabela 5.2). Os RMSE apresentam valores distintos (Tabela 5.2) e os resíduos se distribuem ao longo do tempo

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de coleta de forma semelhante (Figura 5.11), apenas com uma grade variação em ambos procedimentos (direto e inverso) no período mais seco.

Figura 5.10 – Precipitação e potencial de água no solo em área sem cobertura vegetal na profundidade de 30cm.

Figura 5.11- Dispersão dos resíduos da modelagem inversa e direta em função do tempo na profundidade de 30cm na área sem vegetação.

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Na profundidade de 60cm, o valor máximo de potencial observado foi de - 393cm de H2O (Figura 5.12) no período de 1 a 130 dias (agosto a novembro). No período de 130 a 373 dias (dezembro a julho) houve um grande volume de precipitação e os baixos valores de potencial mostram que o solo se manteve próximo da saturação, com alguns picos de potencial próximos de -130cm de H2O em períodos com ausência ou eventos de baixos valores de precipitação. A modelagem de forma direta superestimou (Figura 5.11) a umidade do solo no período de maior precipitação (130 a 350 dias) e a modelagem inversa teve uma boa conformidade neste período (Tabela 5.2)

A modelagem de forma inversa na profundidade de 60 cm, teve uma maior conformidade (Tabela 5.2) com os dados observados no período (0 a 130 dias), apresentado potencial mínimo de -213cm de H2O em comparação a modelagem de forma direta que apresentou potencial mínimo de -167 cm de água. Os RMSE apresentam valores semelhantes (Tabela 5.2) e os resíduos se distribuem ao longo do tempo de coleta de forma semelhante (Figura 5.13) com a modelagem inversa sempre apresentando maior densidade de valores positivos em comparação com a modelagem inversa.

Figura 5.12 - Precipitação e potencial de água no solo em área sem cobertura vegetal na profundidade de 60cm.

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Figura 5.13- Dispersão dos resíduos da modelagem inversa e direta em função do tempo na profundidade de 60cm na área sem vegetação.

b) Área com cultivo de palma de óleo

Os dados estimados na modelagem direta e inversa pelo programa HYDRUS-1D e avaliados no campo do potencial da água na área com cultivo de palma de óleo nas profundidades de 10, 30 e 60cm estão apresentados nas figuras 5.14, 5.16, 5.18

O valor mínimo de potencial observado foi de -785cm de H2O (Figura 5.14) no período de 1 a 130 dias (agosto a novembro) na profundidade de 10cm. É importante observar que em alguns dias o solo pode ter ultrapassado este valor, mas não foi possível registrar pelo limite de operação dos tensiômetros ( > ~ 800cm de coluna de água). No período de 130 a 373 dias (dezembro a julho) houve um grande volume de precipitação e o potencial se manteve próximo da saturação, com alguns picos de potencial próximos de -200cm de H2O em períodos com ausência ou eventos de baixos valores de precipitação. A modelagem de forma direta subestimou a umidade do solo (baixos potenciais) no período de maior precipitação (130 a 350 dias) e a modelagem inversa teve uma melhor predição neste período, indicado pelo menor RMSE de 39 em comparação com 67 com a direta (Tabela 5.2).

A modelagem inversa teve uma maior conformidade com os dados observados no período de1 a 130 dias, apresentando potencial mínimo de -469cm de H2O em comparação a modelagem de forma direta, que apresentou menor conformidade, apresentando potencial mínimo de -428cm de H2O na profundidade de 10cm na área

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com cultivo de palma de óleo. Entretanto, os RMSE apresentam valores semelhantes (Tabela 5.2) e os resíduos se distribuem ao longo do tempo de coleta de forma semelhante (Figura 5.15).

Figura 5.14 - Precipitação e potencial de água no solo em área em cultivo de palma de óleo, em Moju na profundidade de 10cm.

Figura 5.15- Dispersão dos resíduos da modelagem inversa e direta em função do tempo na profundidade de 10cm na área de palma de óleo

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O valor mínimo de potencial observado foi de -785cm de H2O (Figura 5.16) no período de 1 a 130 dias (agosto a novembro) na profundidade de 30cm na área com cultivo de palma de óleo. No período de 130 a 373 dias (dezembro a julho) houve um grande volume de precipitação e o potencial se manteve próximo da saturação, com alguns picos de potencial próximos de -500cm de H2O em períodos com ausência ou eventos de baixos valores de precipitação. A modelagem de forma direta subestimou a umidade do solo no período de maior precipitação (130 a 365 dias) e a modelagem inversa teve uma boa conformidade neste período (Tabela 5.2).

A modelagem inversa teve menor conformidade com os dados observados no período de 1 a 130 dias, apresentando o potencial mínimo de -365cm de H2O em comparação a modelagem de forma direta, que apresentou maior conformidade, apresentando potencial mínimo de -413cm de H2O na profundidade de 30cm na área com cultivo de palma de óleo. Os RMSE apresentam valores semelhantes (Tabela 5.2) e os resíduos se distribuem ao longo do tempo de coleta de forma semelhante (Figura 5.17).

Figura 5.16 – Precipitação e potencial de água no solo em área em cultivo de palma de óleo, em Moju, na profundidade de 30cm.

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Figura 5.17 - Dispersão dos resíduos da modelagem inversa e direta em função do tempo na profundidade de 30cm na área de palma de óleo.

O valor mínimo de potencial observado foi de -785cm de H2O (Figura 5.18) no período de 1 a 130 dias (agosto a novembro) na profundidade de 30 cm na área com cultivo de palma de óleo. No período de 130 a 373 dias (dezembro a julho) houve um grande volume de precipitação e o potencial se manteve próximo da saturação, com alguns picos de potencial próximos de -200cm de água em períodos com ausência ou eventos de baixos valores de precipitação. A modelagem de forma direta subestimou a umidade do solo no período de maior precipitação (130 a 373 dias) e a modelagem inversa teve uma boa conformidade neste período, apresentando RMSE de 19 em comparação a modelagem de forma direta que apresentou RMSE de 28 (Tabela 5.2).

A modelagem inversa apresentou menor conformidade com os dados observados no período (0 a 130 dias) com o potencial mínimo de -283cm de H2O em comparação a modelagem de forma direta, que apresentou potencial mínimo de -393cm de H2O na profundidade de 60cm na área com cultivo de palma de óleo. Entretanto, os RMSE apresentaram valores semelhantes (Tabela 5.2) e os resíduos se distribuem ao longo do tempo de coleta de forma semelhante (Figura 5.19).

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Figura 5.18 – Precipitação e potencial de água no solo em área em cultivo de palma de óleo, em Moju na profundidade de 60cm.

Figura 5.19 - Dispersão dos resíduos da modelagem inversa e direta em função do tempo na profundidade de 60cm na área de palma de óleo.

Os valores do potencial da água no solo na camada de 60cm sob cultivo de palma mostram uma dinâmica contrastante com a monotonia do potencial na área sem cobertura vegetal. Isto indica que provavelmente há uma considerável absorção de água nesta camada pelas raízes das palmas.

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Observando os dois sistemas de uso estudados (área sem cobertura vegetal e área com palma de óleo), nota-se que no período de maiores precipitações entre 130 a 373 dias, o solo apresentou-se próximo a saturação (baixos valores de potencial) com comportamento semelhante em 10, 30 e 60cm de profundidades. A área com cultivo de palma de óleo apresentou uma maior variação do potencial de água no solo em comparação à área sem cobertura vegetal, provavelmente relacionada a uma absorção e transpiração da água pela palma de óleo (evapotranspiração). A palma de óleo apresenta raízes secundarias e terciárias, que absorvem água ocasionando uma elevação do potencial de água no solo (CORLEY e TINKER, 2003; RAMALHO FILHO et al, 2010).

No período com menor precipitação (1 a 130 dias), a área com palma de óleo apresentou-se com menor potencial em comparação a área sem cobertura vegetal em todas as profundidades.

A modelagem da área sem cobertura vegetal e da área com palma de óleo tiveram os dados observados no campo e simulados nas profundidades de 10, 30 e 60cm. Por ser tratar de dados de campo, e não de laboratório, este tipo de comportamento é comum e observado em diferentes trabalhos de modelagem com dados de campo incluindo variável solo, planta e condições atmosféricas como o trabalho de SCHLEGEL et al., 2004.

As discrepâncias entre os valores modelados e observados podem ser também a falta de acurácia dos valores obtidos pelos tensiômetros (AZEVEDO e DA SILVA 1999), o tensiômetro de mercúrio pode variar o erro de medição de potencial de 102 a 153cm de H2O a um potencial próximo de -510cm de H2O,

Após os ajustes com os dados observados e estimados nos dois sistemas de uso estudados (área sem vegetação e cultivo de palma de óleo) diferentes cenários (área sem cobertura vegetal, área com cultivo de palma de óleo, área com floresta primária) nas profundidades de 10, 30 e 60cm, tiveram-se como resultado os parâmetros de condutividade hidráulica saturada (KS) e os parâmetros (θr, θs, α, n e Ks) nas situações de área sem cobertura vegetal e área com cobertura de palma de óleo nas profundidades de 10, 30 e 60cm (Tabela 5.1).

As profundidades de 10, 30 e 60cm na área sem cobertura vegetal e com palma de óleo apresentam valores semelhantes (Tabela 5.1) nos parâmetros hidráulicos calculados (θr, θs, α, n e Ks). Uma observação de campo, corroborada por outros trabalhos na região (MARQUES et al., 2012; TEIXEIRA et al., 2017) e por dados

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apresentados no capítulo mostram condutividade hidráulica saturada e consequente aumento da água estagnada nas camadas mais superficiais deste solo. Os estudos de ELSENBEER et al., (1999) mostraram uma redução da condutividade hidráulica saturada com a retirada da floresta primária na Amazônia.

Foi calculado o desempenho da modelagem de inversa e direta na área sem vegetação e a área com cultivo de palma de óleo em diferentes cenários (Tabela 5.2), utilizando o parâmetro erro quadrático médio (RMSE).

Notou-se que a modelagem de forma inversa nas profundidades estudadas (30 e 60cm) apresentou melhor ajuste em comparação à modelagem de forma direta com exceção a profundidade de 10cm. O melhor ajuste na área de vegetação foi na profundidade de 60cm, que apresentou RMSE de 26 no período de menor precipitação (0-130 dias) e RMSE de 17 no período de maior precipitação (130-373 dias). Na área de cultivo de palma de óleo, o melhor ajuste foi na profundidade de 10cm que apresentou RMSE de 75 e 35 nos respectivos períodos.

Não foi realizada uma comparação entre o potencial de água no solo na área sem cobertura vegetal, área com plantio de palma de óleo e a área com floresta primária nas profundidades de 10, 30 e 60cm (pontos de observação) durante o período de modelagem (373 dias). Na área com floresta primária não houve monitoramento com sensores e, consequentemente, não foi possível estimar os desvios entre os estimados e avaliados. Um novo projeto está fazendo a avaliação contínua do conteúdo de água volumétrica em área de floresta primária nesta região.

Nos trabalhos realizados por HODNETT et al. (1995) e TOMASELLA e HODNETT (1996), avaliando o armazenamento da água no solo quando da substituição da floresta primária por pastagem em um Latossolo Amarelo, na Amazônia central, foi observada maior umidade nas camadas subsuperficiais na área com pastagens em comparação a área de floresta, atribuída pelos autores à compactação. O mesmo processo ocorreu com a subistituição da floresta primária por cultivo de palma de óleo neste estudo.

A supressão de floresta primária e o uso com sistemas agrícolas nos Latossolos Amarelos, textura média, do nordeste da Amazônia, ocasionam alterações no regime hídrico e no fluxo de água. Com ocorrência de áreas com água estagnada e o sistema poroso do solo saturado ou próximo da saturação por longos períodos.

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5.5 Conclusões

A modelagem da dinâmica do potencial de água no solo em áreas sem vegetação e com cultivo de palma de óleo no Latossolo Amarelo apresentou um bom desempenho quando o solo se apresenta próximo da saturação. Entretanto, com valores de potenciais mais elevados e a maior dinâmica observada nos períodos secos, o modelo não consegui representar o observado no campo. Não houve grandes diferenças de desempenho entre a modelagem direta e inversa.

No período estudado, o solo tanto nas áreas com cultivo de palma de óleo como na área sem vegetação permaneceu com baixos potenciais (próximos da saturação).

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