Simulações físicas no sistema solo-planta-atmosfera

Existem diversos modelos para simular as interações da água com o solo no sistema solo-planta-atmosfera. Um desses modelos é o Soil Water Atmosphere Plant (SWAP) (KROES et al., 2008; VAN DAM et al., 2008) e simulador do fluxo de água e do crescimento de plantas no solo (KROES et al., 2008). Nesse modelo de embasamento físico que descreve o fluxo de água, emprega-se a equação de Richards, unidimensional, vertical e transitório (VAN DAM et al., 2008). A equação de Richards é um modelo não linear, com diferencial parcial, que possibilita descrição dos fluxos de água no perfil do solo, tendo como função do conteúdo volumétrico de água do solo ou gradientes do potencial da água no solo (BIGGS; MISHRA; TURRAL, 2008).

Estudos do fluxo de água associados com condições físicas dos solos podem favorecer o entendimento das alterações, no sistema solo-planta-atmosfera, os quais são dependentes do manejo do solo (MORAES; DEBIASI; FRANCHINI, 2018). Neste sentido, destaca-se o problema da compactação do solo que, além de aumentar sua resistência à penetração das raízes (MORAES et al., 2014b), limita a profundidade e o volume de solo explorado pelas raízes em busca de água e nutrientes (MORAES et al., 2018a), reduz a porosidade total, a macroporosidade, a aeração (MORAES et al., 2016a), interferindo diretamente

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na capacidade de infiltração de água e na condutividade hidráulica do solo (SILVA et al., 2009). Como reflexo, as plantas tornam-se susceptíveis a estresses bióticos e abióticos, como excesso ou deficiência hídrica, podendo culminar em redução da produtividade das culturas (FRANCHINI et al., 2017; MORAES et al., 2018a; SENTELHAS et al., 2015). Em solos cultivados em Sistema Plantio Direto (SPD), os espaços deixados pelas raízes das culturas produzem poros contínuos (bioporos) que facilitam o fluxo de água e as trocas gasosas (REICHERT et al., 2016). Ao contrário dos poros produzidos pela mobilização mecânica do solo, os bioporos são longos e contínuos e de alta efetividade para a transmissão de água e ar (DORNER; SANDOVAL; DEC, 2010; OADES, 1993).

A compactação do solo é uma das principais causas de redução da produtividade das plantas em áreas manejadas sob SPD. Entretanto, considerando que a agricultura brasileira é praticada em diferentes classes de solo, não há clareza se existem e quais são os níveis críticos de compactação do solo, os quais as plantas toleram sem que ocorra redução do potencial produtivo. Isso favorece a indicação de uso periódico de práticas mecânicas, tais como a escarificação do solo (CAMARA; KLEIN, 2005), para atenuar a compactação, mesmo que, em muitos casos, ainda não haja comprovação científica da eficiência dessas práticas. A escarificação interfere na estruturação do solo e na dinâmica da água e de nutrientes para as plantas (MORAES et al., 2016a). Solos desestruturados tornam-se susceptíveis a um novo processo de compactação, principalmente, por redução da força de ligação dos agregados e do suporte de carga (MORAES et al., 2019) e, portanto pode até mesmo ser agravada a degradação física do solo em médio e longo prazo. Além disso, a compactação do solo favorece aumentos dos efeitos negativos de práticas de manejo inadequadas no ambiente, ou seja, em solos compactados, há aumentos das perdas de água e de nutrientes, contaminação dos recursos hídricos pelos escoamentos superficiais, incrementos das emissões de gases causadores do efeito estufa (LIPIEC; ARVIDSSON; MURER, 2003). Assim, uma das medidas preconizadas, para recuperar a qualidade física de solos compactados, é a adoção de sistemas de rotação de culturas que contemplem plantas com elevado potencial de produção de biomassa com sistema radicular abundante, profundo e que supere as limitações físicas dos solos (MORAES et al., 2016b).

Existem diversos indicadores do estado de compactação do solo, sendo a resistência do solo à penetração (MORAES et al., 2014a), à macroporosidade (RABOT et al., 2018) e à

CAPÍTULO 3. RELAÇÕES DA ÁGUA COM PARÂMETROS FÍSICOS E CRESCIMENTO RADICULAR DAS PLANTAS

massa específica do solo (ALVAREZ; STEINBACH, 2009) os mais utilizados. Atualmente, diversos estudos têm buscado estabelecer, para esses indicadores, valores considerados críticos ou restritivos ao crescimento das plantas (MORAES et al., 2018b). Contudo há pequena sensibilidade dos indicadores físicos tradicionais utilizados, (massa específica do solo, porosidades, resistência do solo à penetração) a detectar alterações no volume, geometria e continuidade dos poros que afetam diretamente a resistência do solo ao crescimento radicular das culturas (PIRES et al., 2017). O uso de valores estáticos, para descrever processos físicos, não tem se mostrado adequado, sendo que as condições físicas dos solos são afetadas pelo conteúdo de água que varia durante o ciclo das culturas (MORAES et al., 2018a).

Assim sendo, na ausência de outras limitações ao crescimento das culturas, os processos físicos de transferência de água e de nutrientes, de gases e fluxo de calor no solo, que afetam diretamente o crescimento das culturas (LETEY, 1985), podem ser descritos por modelos de base física. Ainda existem, no entanto poucos modelos que integram os atributos físicos dos solos com o crescimento radicular das culturas. Apenas recentemente os estresses mecânicos foram incorporados aos estresses hídricos e de aeração em um modelo para predição do crescimento radicular de culturas agrícolas (MORAES et al., 2018a). Na maior parte dos modelos agro-hidrológicos, com relações solo-planta-atmosfera, apenas a absorção de água que é igual numericamente à transpiração das culturas (DE JONG VAN LIER et al., 2008) tem sido considerada como “ligação” entre os fatores de solo com a planta e a atmosfera. Até o momento, os modelos de crescimento radicular, com exceção do conteúdo de água do solo, não consideravam as demais condições físicas dos solos, em especial, a dinâmica da resistência do solo à penetração radicular, a qual foi incorporada no modelo RootBox descrito em Moraes et al. (2018b).

3.2.3 Relações da água com parâmetros físicos e crescimento radicular