UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DO SOLO
CURSO DE AGRONOMIA
TIAGO MACHADO DE OLIVEIRA
VARIAÇÃO DE ATRIBUTOS HÍDRICOS DO SOLO EM RAZÃO DO USO DE POLÍMERO SUPERBASORVENTE
TIAGO MACHADO DE OLIVEIRA
VARIAÇÃO DE ATRIBUTOS HÍDRICOS DO SOLO EM RAZÃO DO USO DE POLÍMERO SUPERBASORVENTE
Monografia submetida à Coordenação do Curso de Graduação em Agronomia da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Agrônomo. Área de concentração: Física do Solo.
Orientador: Prof. Dr. Raimundo Nonato de Assis Júnior.
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará
Biblioteca Universitária
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O52 Oliveira, Tiago Machado de.
Variação de atributos hídricos do solo em razão do uso de polímero Superbasorvente / Tiago Machado de Oliveira. – 2018.
36 f. : il. color.
Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Curso de Agronomia, Fortaleza, 2018.
Orientação: Prof. Dr. Raimundo Nonato de Assis Júnior.
1. Polímero hidrorretentor. 2. Física do solo. 3. Curva de retenção. I. Título.
TIAGO MACHADO DE OLIVEIRA
INFLUÊNCIA DE UM POLÍMERO SUPERABSORVENTE NA CAPACIDADE DE CAMPO E CAPACIDADE DE ÁGUA DISPONÍVEL DE UMA AMOSTRA DE TERRA
ARENOSA
Monografia submetida à Coordenação do Curso de Graduação em Agronomia da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Agrônomo. Área de concentração: Física do Solo.
Aprovada em: 21/06/2018
BANCA EXAMINADORA
________________________________________ Prof. Dr. Raimundo Nonato de Assis Júnior.(Orientador)
Universidade Federal do Ceará (UFC)
_________________________________________ Prof. Dr. Jaedson Clàudio Anunciato Mota
Universidade Federal do Ceará (UFC)
A Deus.
Aos meus pais, Wellington e Maria de Jesus. Ao meu querido irmão Timóteo.
AGRADECIMENTOS
À DEUS, pelo dom da vida e por todas as dádivas concedidas ao longo da vida. Aos meus queridos pais Wellington e Maria de Jesus, pelo amor e total dedicação ao longo da minha existência. Devo a vocês o homem que sou. Sempre os amarei.
Ao meu amado irmão Timóteo, que desde o inicio da vida me deu o privilégio de ter a sua companhia.
A minha querida avó Hercília, que me amou sem reservas desde o primeiro dia de vida e que sempre contribuiu para a realização dos meus objetivos.
A minha amada família representados por meus tios (Sayonara, Wallace e Soraya) e demais parentes.
Ao meu grande incentivador e amigo Carlos Levi, por todo o empenho e dedicação em repassar os seus conhecimentos e apoio incondicional.
Ao Prof. Dr. Raimundo Nonato de Assis Júnior, pela excelente orientação e pela oportunidade de estar sempre ouvindo seus conselhos e recebendo seus ensinamentos.
Ao Prof. Dr. Jaedson Cláudio Anunciato Mota pela atenção e disponibilidade de sempre repassar seus conhecimentos de forma agradável e dinâmica, como também pelas valiosas colaborações e sugestões.
―Porque ainda que a figueira não floresça, nem haja fruto na vide; o produto da oliveira minta, e os campos não produzam mantimento; as ovelhas da malhada sejam arrebatadas, e nos currais não haja gado; Todavia eu me alegrarei no Senhor; exultarei no Deus da minha salvação‖.
RESUMO
Diversos estudos já comprovaram o aumento da capacidade de retenção de água em solos utilizando os polímeros, porém se carece saber como funciona o processo de liberação de água em diferentes tensões. O presente estudo objetivou medir a capacidade de campo (Cc) e a capacidade de água disponível (CAD) de uma amostra de terra arenosa isoladamente e em mistura com o polímero, na proporção de 5% base massa e apenas do polímero. Aventaram-se as hipóteses: 1) O polímero aumenta a Cc, porém de modo não estequiométrico e proporcional; 2) A contribuição ao aumento da Cc ocorre nos potencias de 6, 10 e 33 kPa; 3) Em tensões mais baixas a retenção de água do polímero é maior quando comparado ao solo; 4) O polímero aumenta a CAD quando adicionado a uma amostra de terra arenosa. Sendo assim o estudo foi composto por três tratamentos (solo, polímero e amostra de terra arenosa com o polímero) em um delineamento inteiramente casualizado com 5 repetições. Foram construídas as curvas de retenção de água para todos os tratamentos e comparado os valores de umidade base massa para a capacidade de campo nos potenciais (6, 10 e 33 kPa) como também de CAD nos intervalos (6-1500, 10-1500 e 33-1500 kPa) e submetidos ao teste de Kruskal-Wallis (KW) a 5% de probabilidade. Portanto o polímero, na concentração de 5%, não promove um aumento nos valores de umidade nas tensões de 6, 10 e 33 kPa (Cc), porém provoca um aumento nos valores de CAD.
ABSTRACT
Several studies have already proven the increase of the water retention capacity in soils using the polymers, but it is still necessary to know how the process of water release at different voltages works. The present study aimed to measure the field capacity (FC) and the available water capacity (CAD) of a sandy soil sample alone and in mixture with the polymer, in a proportion of 5% of the mass. The hypothesis was ventured: 1) The polymer increases the FC, but in a way non-stoichiometric and proportional; 2) The contribution to the increase FC occurs in the powers of 6, 10 and 33 kPa; 3) At lower voltages the water retention of the polymer is higher; 4) The polymer increases the AWC when added to a sandy soil sample. Therefore, the study was composed with three treatments (soil, polymer and sandy soil sample with polymer) in a completely randomized design with 5 replicates. Water retention curves were constructed for all treatments and compared the values of mass base moisture for the field capacity in potentials (6, 10 and 33 kPa) as well as in intervals (6-1500, 10-1500 and 33-1500 kPa) and submitted to the Kruskal-Wallis test (KW) at 5% probability. Therefore, the polymer, in the concentration of 5%, does not promote an increase in the values of humidity in the tensions of 6, 10 and 33 kPa FC values, but causes an increase in CAD values tively.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Esquema ilustrativo demonstrando o comportamento do hidrogel no solo,
especificamente na zona radicular de uma planta... 16
Figura 2 Estrutura química da Poliacrilamida... 17
Figura 3 Poliacrilato de sódio (PAS)... 18
Figura 4 Poliacrilato de potássio (PAK)... 19
Figura 5 Poliacrilamida aniônica... 19
Figura 6 A - FortGel® produto comercial; B - gel seco; C - gel intumescido e D – gel na peneira... 25
Figura 7 Estrutura química do polímero... 26
Figura 8 Cilindro de PVC ... 28
LISTA DE GRÁFICOS
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Composição química e granulométrica do FortGel® ...24
Tabela 2 Classe textural e granulometria do solo e da amostra de terra ...25
Tabela 3 - Valores de Umidade base massa de (Cc) e das tensões de 100 e 1500 kPa...30
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
Cc Capacidade de Campo
CAD Capacidade de água disponível
Pmp Ponto de murcha permanente
SAP’S Polímeros Superabsorventes PAK Poliacrilato de Potássio
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO………...14
2 REVISÃO DA LITERATURA...15
2.1 Polímeros superabsorventes (SAP’s)……....……….……...………...15
2.2 Tipos de Polímeros ……….…………....……….………...16
2.2.1 Poliacrilato de Potássio (PAK)...18
2.3 Usos do polímero...18
2.3.1 Produção de mudas...18
2.3.2 Frequência de Irrigação...19
2.3.3 Retenção de água nos solos...19
2.3.4 Retenção de água nos solos referente a capacidade de campo ...21
2.3.5 Retenção de água nos solos em valores de umidade referente ao ponto de murcha permanente...21
2.3.6 Ação dos polímeros na capacidade de água disponível ...22
2.4 Curva característica de água no solo...22
3 MATERIAL E MÉTODOS ...23
3.1 Caracterização do Polímero...23
3.2 Caracterização do Solo e da Amostra de terra...24
3.3 Preparo do Polímero...25
3.4 Montagem dos corpos de prova...25
3.4.1 Cilindros com polímero...25
3.4.2 Cilindros com solo...26
3.4.3 Cilindros com solo e polímero...27
3.5 Determinação dos atributos físico-hídricos do solo...27
3.5.1 Curva característica de água no solo...28
3.5.2 Conteúdo de água na capacidade de campo...28
3.5.3 Ponto de murcha permanente ...28
3.5.4 Capacidade de Água Disponível...28
3.6 Delineamento e Análise de dados ...28
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ...28
5 CONCLUSÃO ...32
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1 INTRODUÇÃO
A demanda por água na agricultura sempre foi um fator limitante para a produção agrícola, uma vez que, a necessidade hídrica de cada cultura deve ser suprida diariamente e não apenas quando houver precipitações pluviométricas na área, portanto novas tecnologias foram estudadas a fim de diminuir o déficit hídrico nas plantas, o que ocasionou o surgimento dos polímeros hidrorretentores na década de 50, entre eles os que possuem poliacrilamida na sua constituição.
Os polímeros são conhecidos como hidrorretentores, pois armazenam a água por fracas ligações de hidrogênio e uma forte força de Van der Waals em sua estrutura de redes poliméricas, retendo e liberando água por um longo período; são denominados, também, de hidrogel ou polímeros hidroabsorventes, apresentando forma granular e quebradiça quando secos e de gel transparente quando hidratados.
Quando incorporados ao solo, próximos às raízes das plantas permitem a absorção da água por meio dos pelos radiculares, resultando em uma diminuição da frequência de irrigação. Os polímeros possuem diversas aplicações, como por exemplo, na purificação de água por meio da extração de íons metálicos, atuando também como sistema de liberação de fármacos e ultimamente tem sido empregado de diversas formas na agricultura.
Diversos estudos já comprovaram o aumento da capacidade de retenção de água em solos utilizando os polímeros, porém ainda se carece saber de como funciona o processo de liberação de água em diferentes tensões. O presente estudo objetivou medir a capacidade de campo e a CAD de uma amostra de terra arenosa isoladamente e em mistura com o polímero, na proporção de 5% base massa. Aventaram-se as hipóteses:
O polímero aumenta a Capacidade de Água Disponível quando adicionado a uma amostra de terra arenosa;
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2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1. Polímeros superabsorventes (SAP’S)
A melhoria das características físicas do solo, como o aumento da sua capacidade de retenção de água, é um problema ainda não solucionado por completo, porém diversas tentativas têm sido testadas a fim de solucionar esse problema, entre elas se destaca o uso de condicionadores de solo (REZENDE, 2000). Condicionador de solo é definido como substâncias naturais ou sintéticas usadas com a finalidade de melhorar as propriedades físicas (NIMAH et al., 1983).
Diante da necessidade de encontrar meios alternativos que possibilitassem a melhoria na retenção de água em solos, diversos estudos foram feitos visando encontrar algum material que conferisse essa característica ao solo, foi quando na década de 50, os polímeros superabsorventes á base de poliacrilamida surgiram, nos Estados Unidos. Apresentando inicialmente capacidade de reter água em torno de 20 vezes a sua própria massa, os polímeros foram sendo aprimorados com o passar dos anos e mais pesquisas foram realizadas para aumentar essa capacidade de retenção, foi quando em 1970 na Inglaterra, obteve-se um polímero com capacidade de 40 vezes e em 1982 aumentou-se esta capacidade para 400 vezes (AZEVEDO, 2002). A adição de polímeros superabsorventes ou hidrorretentores ao solo, contribui para a melhoria na germinação de sementes, desenvolvimento do sistema radicular, crescimento e desenvolvimento de plantas, redução das perdas de água por percolação, como também na melhoria da aeração e drenagem do solo, além de reduzir as perdas de nutrientes por lixiviação (NAVROSKI, 2014).
A palavra polímero vem do grego poli (muitos) + meros (iguais). São macromoléculas (grandes moléculas) formadas pela repetição de muitas unidades químicas iguais, os meros ou unidades repetitivas. Para se denominar um polímero segundo a nomenclatura é necessário usar o nome do monômero que foi usado na sua síntese, por exemplo, o poli(etileno) recebe esse nome por ter o etileno (H2C=CH2) como o monômero utilizado na sua síntese (DE PAOLI, 2008). No caso das Poliacrilamidas o seu monômero de síntese é a acrilamida, cuja estrutura química está representada na Figura 2. Os polímeros superabsorventes podem ser chamados também de hidrorretentores, hidrogel, gel entre outros nomes. Os superabsorventes são diferentes dos solúveis por apresentarem em sua constituição ligações cruzadas.
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aprisionamento das moléculas de água e a expansão da cadeia polimérica, sem que a cadeia seja dissolvida (SANTOS, 2015).
A Figura 1 representa um esquema ilustrativo demonstrando o comportamento de um polímero quando adicionado ao solo, especificamente na zona radicular de uma planta. Em A, pode-se observar a incorporação do polímero ao solo na semeadura, podendo geralmente ser aplicado na cova de plantio, a fim de fornecer água ou até mesmo nutrientes já no início do desenvolvimento da planta. Em B, podemos observar o polímero iniciando sua absorção de água, seja por meio da rega ou até mesmo pela água das chuvas. Em C, o polímero começa a disponibilizar água que está na sua estrutura para a planta e posteriormente ele absorve mais água, cada vez que ocorre rega ou chuva na área, ou seja, reidratando-se. Em D, podemos observar que a demanda de água diminuiu consideravelmente e, portanto o polímero retraiu-se, surgindo assim espaços nos locais antes ocupados por ele, promovendo assim uma aeração do solo nesses pontos. Em E, podemos concluir que o processo de desidratação do polímero é revertido, por meio de adição de água novamente no solo, ele volta a intumescer e o ciclo se repete (ROSA, BORDADO e CASQUILHO, 2009).
Figura 1: Esquema ilustrativo demonstrando o comportamento do hidrogel no solo, especificamente na zona radicular de uma planta.
Fonte: (ROSA, BORDADO e CASQUILHO, 2009).
2.2. Tipos de Polímeros
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polímeros mais baratos e oriundos de fontes naturais. Os polímeros hidroabsorventes podem ser de origem natural (derivados do amido) ou sintética (derivados do petróleo), os sintéticos atualmente são os mais utilizados e denominados de PAM (poliacrilamida) ou de PAA (poliacrilamida – acrilato) (NAVROSKI, 2014). Eles possuem forma granular de cor branca quando não estão hidratados, porém quando absorvem água apresentam a forma de gel transparente. A composição química dos polímeros é de cadeia longa, com unidades estruturais repetidas definidas como monômeros, a polimerização ocorre quando duas ou mais moléculas (monômeros) se combinam formando os polímeros. Poliacrilamida e PAM são termos genéricos, usados na denominação dos polímeros sintetizados a partir de monômeros de acrilamida cuja estrutura química é apresentada na Figura 2, eles são os mais utilizados para fins agrícolas, mais especificamente os copolímeros e o sal de ácido acrílico (REZENDE, 2000).
Figura 2: Estrutura química da Poliacrilamida.
Fonte: (REZENDE, 2000).
Embora os polímeros apresentem aspectos semelhantes, suas constituições químicas e físicas diferem, afetando diretamente na absorção, retenção e liberação da água. Atualmente existem três grupos para sua classificação, Grupo I: a água é retida no polímero por meio de uma forte ligação H-H, não sendo liberada em seguida, Grupo II: armazenam grandes quantidades de água, mas uma fraca ligação física faz com que a água seja liberada em pouco tempo, e por último o Grupo III: a água é retida por uma fraca ligação de hidrogênio, o que faz com que estes polímeros absorvam e liberem água por longos períodos de tempo e são os utilizados na agricultura (DUSI, 2005).
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gerando uma redução nos custos de aquisição do produto em 50 %. (FONSECA, 2014) Avaliou os custos de usar o polímero em mudas de espécies nativas do Cerrado, e constatou que as mudas que receberam o hidrogel tiveram um menor índice de mortandade durante a estação seca, já as que não receberam, morreram e precisaram ser substituídas por novas mudas, gerando um custo mais elevado quando comparado ao preço de se adquirir o polímero hidroabsorvente, além do que o uso do gel é uma técnica ambiental viável capaz de diminuir o estresse hídrico nas plantas.
2.2.1. Poliacrilato de Potássio (PAK)
É uma molécula com uma grande capacidade de absorção de água devido à presença do sal de potássio (DUSI, 2005). A Figura 4 apresenta sua estrutura química, o ForthGel e o Hidroplam são alguns dos produtos comerciais que possuem poliacrilato de potássio na sua composição.
Figura 4: Poliacrilato de potássio
Fonte: (DUSI, 2005).
2.3. Usos do polímero
2.3.1. Produção de mudas
Ao avaliar a influência de um polímero no crescimento e no teor de nutrientes em mudas de Eucalipto, quando adicionado ao substrato em que as mudas foram produzidas, Navroski (2014) observou que a adição de polímeros, proporcionou uma melhoria em diversas características das plantas como (altura, diâmetro do coleto, massa seca da parte aérea e radicular), além de verificar que o teor de macronutrientes na parte aérea foi aumentado na presença do polímero. Porém Sousa (2013) não verificou efeitos positivos na qualidade de mudas de Angico ao adicionar um polímero superabsorvente, não recomendando inclusive o seu uso para a espécie.
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maracujeiro-doce e nas variáveis (número de folhas, comprimento da raiz, número de raízes, massa seca da parte aérea e total das estacas), concluindo que a adição do polímero foi eficiente na propagação de mudas, porém em doses menores, recomendando inclusive a dose de 4,5 g/L.
2.3.2. Frequência de Irrigação
Calheiros (2001) avaliou o efeito da adição de polímeros no estabelecimento de mudas de café, aplicando o polímero na cova de plantio, nas dosagens de 20,40 e 80 g/cova, concluindo que o superabsorvente agiu de forma benéfica nas mudas, provocando um melhor estabelecimento das mesmas, diminuindo a morte por déficit hídrico, o que gerou um desenvolvimento vegetativo melhor, observado também através da morfologia das plantas e das suas trocas gasosas. Sivapalan (2006) e Narjary (2012) ao investigar o efeito de um polímero na frequência de irrigação, o primeiro para a cultura da soja e a segunda para o cultivo de hortaliças em um solo arenoso, ambos concluíram que houve um aumento na disponibilidade de água para as plantas cultivadas no solo com o polímero, e que a frequência de irrigação no solo arenoso foi diminuída. Carvalho (2013) investigou a frequência de irrigação com a incorporação de um polímero hidroabsorvente na produção do maracujeiro-amarelo, e obteve resultados positivos como o aumento do tamanho das muda e maior produção de massa seca, e um dos mais importantes que foi uma redução na demanda de água pela planta, o que gerou uma menor frequência de irrigação, chegando a uma recomendação de irrigar o substrato um dia sim e outro não para a espécie estudada.
2.3.3. Retenção de água nos solos
Diversos trabalhos avaliaram o efeito dos polímeros nas principais propriedades físicas e hidráulicas do solo, porém o maior destaque se dá para ação desses hidrogéis sobre a retenção de água. Balena et al., (2000) ao avaliar o efeito de um polímero hidroabsorvente em diferentes concentrações (2,4,8,16 e 32 Kg/m-3) na retenção de água em um Latossolo e em Areia de dunas na forma de TFSA (Terra Fina Seca ao Ar), concluiu que houve um aumento na retenção de água em todas as concentrações utilizadas, porém na concentração de 32 Kg/m -3 o aumento no Latossolo foi duas vezes maior que o solo que não recebeu o polímero e na Areia esse aumento foi de sete vezes mais.
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polímero, no aumento da capacidade de retenção da água no solo, concluiu que em todas as dosagens avaliadas houve aumento na retenção de água, com um destaque para a dosagem de 80 g/cova que apresentou os maiores valores de retenção, e observou também que ambas as concentrações de 40 g/cova em tensões acima de 100 kPa obtiveram os mesmos valores de umidade na curva de retenção, porém em tensões menores que variaram de 0,1 kPa chegando até próximo de 100 kPa os maiores valores foram obtidos pela dosagem em que o polímero recebeu pré-hidratação.
Oliveira et al., (2004) estudou a influência das concentrações de um polímero hidroabsorvente nas características de retenção de água de um Latossolo e de um Argissolo, o primeiro apresentando uma textura franco-argilo-arenosa e o segundo uma textura argilosa. O polímero usado no trabalho foi o Terracottem®, nas concentrações de (0,01; 0,05; 0,10; 0,15; e 0,20 dag/kg), em ambos os solos verificou-se o aumento na retenção de água quando adicionado o polímero, porém a retenção foi maior em potenciais matriciais mais elevados, nos potenciais inferiores a 100 kPa a retenção de água nos dois solos não foi significativa, mesmo utilizando a maior dosagem do polímero.
Sivapalan et al., (2006) investigou o efeito de um polímero a base de poliacrilamida nas concentrações de 0,03 e 0,07% na capacidade de retenção de água em um solo arenoso, concluindo que a retenção de água aumentou na tensão de 1kPa em 23 e 95% para as respectivas concentrações do gel, afirmando ainda que o uso em solos arenosos de polímeros superabsorventes permite uma diminuição na perda de água por percolação.
Coelho et al (2008) ao caracterizar o polímero Hidratassolo, no que se refere à sua capacidade de absorção hídrica, e avaliar o efeito de doses desse polímero sobre as propriedades físico-hídricas de três tipos de solo (Neossolo Quartzarênico, Latossolo Amarelo e Neossolo Flúvico), concluíram que houve um aumento na retenção de água nos solos estudados, consequentemente uma disponibilidade maior de água para as plantas, quando o polímero foi aplicado no Neossolo Quartzarênico e no Latossolo Amarelo, enquanto a presença de sais no Neossolo Flúvico reduziu a capacidade de absorção hídrica do polímero.
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das raízes, o que seria bastante prejudicial, concluindo que dosagens maiores devem ser bem avaliadas antes da recomendação, a fim de evitar prejuízos.
Banedjschafie&Durner (2015) avaliaram o efeito da aplicação de um polímero hidrorretentor nas concentrações de (0,3; 0,6 e 1%) sobre as propriedades físicas de uma areia de duna, e concluiu que todas as dosagens provocaram uma maior retenção de água em todos os potenciais analisados, porém a concentração de 1% obteve os maiores valores.
2.3.4. Retenção de água nos solos em valores de umidade referente à capacidade de campo
Oliveira et al., (2004) ao estudar a influência de diferentes concentrações de um polímero hidroabsorvente nas características de retenção de água de um solo com textura média e um com textura argilosa concluiu que a dosagem de 2g/kg provocou um aumento na umidade de 41% para o solo franco-argilo-arenoso e em 37% para o solo argiloso, quando submetido ao potencial matricial correspondente à capacidade de campo. Kondo et al. (2016) também observou um aumento na umidade referente a capacidade de campo em solo argiloso quando adicionou o gel hidrorretentor.
Gervásio&Frizzone (2004) ao adicionarem um hidroabsorvente em um subtrato orgânico, observaram que a retenção de água no meio foi aumentada até a tensão de 10 kPa, a partir deste ponto os valores de umidade em função da tensão, foram praticamente iguais, independente da dose do hidrogel. Os autores afirmaram ainda, que esse comportamento é um bom indicativo, pois evidencia o aumento da retenção da água em baixas tensões, significando uma liberação mais fácil da água para as plantas, uma vez que, este potencial corresponde em solos arenosos a capacidade de campo.
Coelho et al. (2008) ao avaliarem três dosagens (0,5; 1 e 2g/kg) de um polímero conhecido como Hidratassolo em três solos com duas texturas diferentes ( 2 arenosos e 1 argiloso), evidenciou um aumento de umidade da capacidade de campo nos solos quando adicionou-se as três dosagens do gel em comparação ao solo que não recebeu o polímero.
2.3.5. Retenção de água nos solos em valores de umidade referente ao ponto de murcha permanente
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argilosa, e concluiu que houve um aumento na umidade referente ao ponto de murcha permanente por meio da adição do polímero, sendo os maiores valores para o solo argiloso. Já Oliveira et al., (2004) ao estudar a influência de diferentes concentrações de um polímero hidroabsorvente nas características de retenção de água de um solo com textura média e um com textura argilosa, não observou efeito significativo nos valores de umidade referente ao ponto de murcha permanente.
2.3.6. Ação dos polímeros na capacidade de água disponível
Oliveira (2004) ao verificar a influência das concentrações de um polímero hidroabsorvente nas características de retenção de água de um Latossolo e de um Argissolo, o primeiro com textura franco-argilo-arenosa e o segundo com textura argilosa, observou que o polímero usado no trabalho o Terracottem®, nas concentrações de (0,01; 0,05; 0,10; 0,15; e 0,20 dag/kg) provocou um aumento na disponibilidade total de água, na proporção de 123 e 135% para as respectivas texturas quando comparado com o solo testemunha que não continha o polímero. Destacando ainda maior eficiência do polímero quando adicionado ao solo argiloso.
Concordando com Oliveira et al., (2004), Coelho et al., (2008) observou um aumento na disponibilidade de água quando adicionou o polímero Hidratassolo em um Neossolo Quartzarênico e em um Latossolo.
2.4. Curva característica de água no solo
Curva característica de água no solo (CCAS) é um atributo físico-hídrico de grande importância, expressa por meio de um gráfico que relaciona o conteúdo de água existente em um solo quando submetido à determinada tensão, ao obtê-la é possível manejar a irrigação de uma cultura através de valores importantes como a capacidade de campo e ponto de murcha permanente, a água disponível e determinar até mesmo a porosidade do solo.
23
&Paris , TDR .
O fenômeno que ocorre nas amostras submetidas às altas tensões, como as que ficam no interior da câmara de Richards, é o da capilaridade, ocasionado pela atração (retenção) da água pelo solo, através dos capilares (poros) formados no solo pelo arranjo de suas partículas, quanto menor os poros, maior será a retenção da água no seu interior, ou seja, a água continuará ascendo dentro do capilar, dificultando ainda mais a sua saída ou sua liberação do interior do solo, o que acarreta o uso de mais pressão para provocar a drenagem da água, por isso utiliza-se a câmara para a aplicação dessas tensões mais elevadas, já para tensões mais baixas é utilizado a mesa de tensão ou o funil de placa porosa (funil de Haines), uma vez que, as placas porosas desses equipamentos suportam apenas tensões menores.
3 MATERIAL E MÉTODOS
O experimento foi conduzido no Laboratório de Física do Solo da Universidade Federal do Ceará, utilizou-se o polímero superabsorvente conhecido como FortGel® (Fig. 6A), que é um produto comercial.
Figura 6:A - FortGel® produto comercial; B - gel seco; C - gel intumescido e D – gel na peneira
Fonte: Autor.
3.1. Caracterização do Polímero
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Figura 7: Estrutura química do polímero
Fonte: (DUSI, 2005).
Este polímero foi caracterizado por Bezerra (2015), e possui elevada quantidade de acrilato de potássio em sua composição como pode ser visualizado na Tabela 1.
Tabela 1: Composição química e distribuição granulométrica do FortGel®
FortGel®
Fração
granulométrica (%)
Composição
química (%)
> 24 mesh 37
K 99,181
24 - 35 mesh 27
35 - 48 mesh 9
S 0,8191
< 48 mesh 27
Fonte: (BEZERRA, 2015).
A distribuição granulométrica do FortGel® e o seu intumescimento também foram estudados por Bezerra (2015), que caracterizou as diferentes frações granulométricas do polímero, conforme a Tabela 2, e determinou sua absorção de água como sendo de 429 ml para cada 1 g do polímero seco em um tempo de aproximadamente 10 minutos.
3.2. Caracterização do Solo e da Amostra de terra
O solo utilizado no experimento e a amostra de terra ambos foram coletados na mesma área, porém as amostras de solo manteve-se a estrutura e para o tratamento contendo a mistura, utilizou-se terra fina seca ao ar (TFSA). A análise granulométrica foi realizada pelo método da pipeta (GEE; OR, 2002) os valores de areia, silte e argila estão contidos na Tabela 2.
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Tabela 2: Classe textural e granulometria do solo e da amostra de terra.
Classe Textural Areia Silte Argila ---g/Kg-1---
Franco Arenosa 750 110 140
Fonte: Autor
3.3 Preparo do Polímero
Inicialmente peneirou-se o polímero FortGel® entre as peneiras com malha de 1,00 e 0,5 mm, tendo em vista a sua distribuição granulométrica. Em seguida pesou-se 1g do polímero seco da porção que ficou retida entre as peneiras em balança analítica com precisão de quatro casas decimais, adicionando 429 ml de água destilada e esperou-se por 10 minutos para que o polímero intumescesse. Após o intumescimento, verteu-se o gel em uma peneira comum e observou uma drenagem da água contida no polímero (Fig. 6D), o que pode ser explicado pela ação do potencial gravitacional sobre o mesmo, ao cessar a drenagem da água as amostras foram montadas no cilindro de PVC (Fig. 8).
3.4. Montagem dos corpos de prova
3.4.1. Cilindros com polímero
Para a montagem das 5 amostras contendo apenas o polímero, adicionou-se 15 g do gel intumescido nos cilindros de PVC (Figura 8) com dimensões de 2,5 cm de altura por 5 cm de diâmetro.
Figura 8: Cilindro de PVC
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Imediatamente após adição do polímero pesou-se o conjunto (cilindro com pano e liga) para a obtenção da massa denominada Amostra Saturada (Figura 9).
Figura 9: Amostra Saturada (cilindro com gel, pano e liga)
Fonte: Autor.
Em seguida, aplicaram-se as tensões estabelecidas nas 5 amostras contendo apenas o polímero. Após o equilíbrio em cada tensão, pesaram-se as amostras, obtendo-se a massa respectiva de cada tensão, como por exemplo: Massa 2kPa. Posteriormente levaram-se as amostras para estufa na temperatura de 105 a 110 °C, elas permaneceram lá até massa constante, quando as amostras atingiram massa constante, pesaram-se o conjunto contendo (gel, pano e liga), porém o gel contraiu-se ficando na forma de grânulo, por isso foi necessário após pesar o conjunto (gel, pano e liga), pesar somente os grânulos do polímero obtendo-se a Massa Seca.
3.4.2 Cilindros com solo
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3.4.3 Cilindros com solo e polímero
Foram montadas cinco amostras contendo solo e polímero. O solo utilizado também foi peneirado em peneira de 2,00 mm e levado em seguida para estufa até atingir massa constante, o cilindro usado possuía dimensões de 5 cm de altura por 5 cm de diâmetro, o processo de montagem foi dividido em três partes, ambas as partes possuíam a mistura de solo com o polímero na proporção de 5 %. A massa de solo utilizado em cada etapa correspondia a 1/3 da massa total requerida para a densidade de 1.61(g/cm-3), após a junção do solo seco com o polímero, foi realizada a montagem do cilindro com o auxílio de uma prensa hidráulica. O processo de intumescimento do gel se deu da mesma forma das amostras contendo apenas o polímero.
3.5 Determinação dos atributos físico-hídricos do solo 3.5.1 Curva característica de água no solo
Foi determinada uma CCAS para as amostras contendo apenas o polímero e as contendo apenas o solo. Cada curva foi constituída de 8 pontos (2; 6; 8; 10; 33; 300; 700 e 1500 kPa) com 5 repetições por ponto. Para as tensões de 2 até 10 kPa utilizou-se a mesa de tensão em placas de 1 bar, já para as tensões entre 33 até 1500 kPa, foi utilizado o extrator de Richards, e os valores obtidos foram ajustados segundo o modelo de Van Genuchten . A curva de retenção das amostras contendo a mistura não foi constituída por 8 pontos, uma vez que não foi possível obter estes valores no prazo estabelecido, sendo assim estimou-se o valor de umidade
residual (θr) pelo Software SWRC utilizando o programa computacional Soil Water Retention Curve – SWRC, versão 3.0 beta (DOURADO NETO et al., 2001) tendo apenas o valor de umidade de saturação. As amostras contendo apenas solo e as contendo a mistura foram saturadas por capilaridade antes de serem submetidas às tensões. A CCAS foi ajustada segundo o modelo matemático proposto por Van Genutchen (1980):
U = Ur + Us – Ur [1+(α│Ψm│)n]m
Em que, U é o conteúdo de água (g/g); Us é o conteúdo de água na saturação (g/g); Ur conteúdo de água residual (g/g); Ψm é o potencial mátrico (kPa); e α, n e m são parâmetros de
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3.5.2 Conteúdo de água na capacidade de campo
Determinado em laboratório como sendo o conteúdo de água correspondente a tensão de 6, 10 e 33 kPa para os três tratamentos.(AMARO FILHO et al., 2008).
3.5.3 Ponto de murcha permanente
Determinado em laboratório como sendo o conteúdo de água correspondente a tensão de 1500 kPa para os tratamentos solo e gel, para o tratamento contendo a mistura da mostra de terra arenosa com o polímero estimou-se por meio do Software SWRC o valor de umidade
residual (θr) correspondente à tensão de 1500 kPa. (AMARO FILHO et al., 2008).
3.5.4 Capacidade de Água Disponível
Foi obtida por meio da diferença entre o conteúdo de água na capacidade de campo e o ponto de murcha permanente (AMARO FILHO et al., 2008).
3.6 Delineamento e Análise de dados
As amostras contendo apenas o polímero foram preparadas contendo 15 g do gel intumescido, já as amostras contendo solo foram coletadas em campo preservando a estrutura e a mistura solo e polímero foram montadas levando em consideração a densidade de 1.61(g/cm-3) da amostra de estrutura preservada, sendo assim configura-se um delineamento inteiramente casualizado com cinco repetições e três tratamentos. Ficando então as seguintes disposições: Tratamento I – Gel; Tratamento II – Solo e Tratamento III – Solo com gel. As médias referentes às umidades base massa na Cc e da CAD foram submetidos ao teste de normalidade de Shapiro-Wilk e ao teste de Kruskal-Wallis (KW) para comparação de médias ambos a 5% de probabilidade. Utilizou-se o teste de (KW) para comparação de médias, pois ele não coloca nenhuma restrição sobre as comparações.
4RESULTADOS E DISCUSSÃO
No gráfico 1 está representada as curvas de retenção de água para o solo, o polímero e para a mistura (solo + polímero). Observa-se na curva do polímero, que a retenção de água é mais elevada em tensões menores aproximadamente até 33 kPa, ao passo que, em tensões maiores, essa retenção vai diminuindo.
Em relação ao solo, a maior retenção de água também ocorre em tensões menores, o que pode ser explicado pela sua textura, pois sabe-se que o número de macroporos em solos arenosos é elevado, ocasionando uma maior drenagem quando se aplica tensões mais elevadas.
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principalmente a zona de saturação, que obteve um aumento nos valores de umidade em torno de 56% quando comparou-se com o solo que não recebeu tratamento com o polímero. Esse acréscimo se deu até aproximadamente o valor de 2 kPa.
Corroborando com os dados observados por Banedjschafie&Durner (2015) que avaliaram o efeito de três concentrações (0,2; 0,6 e 1,0%) de um polímero na curva de retenção de água de um solo arenoso, e observaram que para ambas as concentrações os valores de umidade aumentaram, porém para a concentração de 1,0% os valores foram bem maiores. Eles também observaram nos seus estudos um acréscimo nos valores de umidade na zona de saturação de 12,2; 34,5 e 38,3% para as respectivas concentrações estudadas.
Gráfico 1: Curvas de retenção para os três tratamentos
Fonte: Autor
A partir do potencial de 4 kPa observa-se que o comportamento da curva de retenção de água da mistura é semelhante a do solo que não recebeu o polímero, sendo em seguida aproximadamente em torno de 33 kPa alterado. Os valores de umidade para a curva de retenção de água do solo foram maiores do que a curva da mistura que continha o polímero superabsorvente, o que pode ser explicado pela baixa concentração utilizada do gel no experimento.
As umidades referentes aos potenciais de 6, 10 e 33 kpa definidos como sendo valores de (Cc), no presente estudo, foram avaliadas e observou-se que não houve diferença estatística entre os tratamentos para as respectivas tensões. Na mistura contendo o solo e o polímero o valor de umidade na tensão de 6 kPa apresentou um pequeno aumento em torno de 1,22% quando comparado ao solo que não recebeu o polímero, porém estatisticamente não diferiram.
0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350 0,400 0,000 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 300,000 350,000
0,01 0,1 1 10 100 1000 10000
um ida de ba se m as sa (g g -1) pa ra s o lo e so lo +g el Um ida de ba se m a ss a ( g g -1) pa ra o g el Tensão (kPa)
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Tabela 3: Valores de Umidade base massa de (Cc) e das tensões de 100 e 1500 kPa
Fonte: Autor
Médias seguidas pela mesma letra na coluna, em cada tensão não diferem pelo teste de Kruskal-Wallis a 5% de probabilidade.
A tensão de 10 kPa apresentou valores de umidades iguais para os tratamentos (solo e solo + polímero) não diferindo portanto estatisticamente entre si. Resultados semelhantes foram obtidos por Fernandes (2016) em um solo de textura franco-argiloarenosa com a porcentagem de argila em torno de 30%, utilizando o mesmo polímero desse estudo, onde observou-se que na tensão de 10 kPa nas doses de 0,5;1,0 e 1,5 g/kg solo do polímero, não houve aumento nos valores de umidade no solo que recebeu o gel.
O potencial de 33 kPa também foi avaliado, observou-se que não houve contribuição do polímero para a mistura, uma vez que, os valores de umidade da mesma quando comparados ao do solo não diferiram estatisticamente, apresentando inclusive uma diminuição de 9,47%. Resultados diferentes foram obtidos por Abedi-Koupai et al., (2008) utilizando um polímero de acrilato de potássio, na dosagem de 8g/kg de solo, observou um pequeno aumento, cerca de 1,9 vezes nos valores de umidade no potencial de 33 kPa em um solo arenoso. Possivelmente o uso de uma concentração baixa como foi a do estudo não permitiu um ganho nos valores de umidade para essa tensão.
Os valores correspondentes a tensão de 100 kPa também foram avaliados e observou-se que a umidade na mistura reduziu quando comparou-se com o solo que não recebeu o polímero, sendo essa redução de 26.31%. Narjary et al., (2012), também observaram uma redução nos valores de umidade na tensão de 100 Kpa em um solo arenoso contendo um polímero na concentração de 0.7%.
Os valores de umidade na mistura correspondentes a tensão de 1500 kPa também apresentaram redução quando comparado com o solo que não recebeu o polímero, sendo essa redução em torno de 37,5% , concluindo que o polímero não contribuiu para o aumento da umidade nessa tensão, definida como ponto de murcha permanente. Acredita-se que por ter estimado o valor de umidade residual tendo apenas os valores até a tensão de 33 Pa para a
Tratamentos
Umidade base massa (g/g) Tensões (kPa)
6 10 33 100 1500
Gel 177.80 a 155.15 a 107.27 a 76.47 a 53,69 a
Solo 0.164 b 0.136 b 0.095 b 0.076 b 0.064 b
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mistura, houve uma tendência do programa em estimar um declínio da curva nas tensões maiores. Narjary et al., (2012) também observou uma redução nos valores de umidade na tensão de 1500 kPa quando adicionou um polímero na concentração de 0.5 e 0.7 % a um solo arenoso, porém não é esclarecido o motivo desse comportamento no respectivo trabalho. Em relação a CAD (Capacidade de Água Disponível) avaliou-se o intervalo entre a Cc em 6; 10 e 33 kPa e o ponto de murchamento em 1500 kPa para os três tratamentos, constatando um aumento na Capacidade de Água Disponível no tratamento contendo o solo e o polímero, em torno de 42; 55 e 100% respectivamente para cada intervalo. A CAD apenas do polímero apresentou um valor de umidade de 165 g de água, o que pode ser considerado um valor bem elevado para apenas 15 g do produto intumescido reafirmando o seu potencial de reter grandes quantidades de água.
Tabela 4 : Valores de Umidade base massa correspondentes as CAD’s .
Tratamentos
Umidade base massa (g/g) Tensões (kPa)
CAD 6-1500 CAD 10-1500 CAD 33-1500
Gel 124.11 a 101.46 a 53.58 a
Solo 0.100 b 0.072 b 0.031 b
Solo + Gel 0.142 c 0.112 c 0.062 c
Fonte: Autor
Médias seguidas pela mesma letra na coluna, em cada tensão não diferem pelo teste de Kruskal-Wallis a 5% de probabilidade.
El-Hady (2009) avaliou a CAD entre 33 e 1500 kPa em um solo arenoso, em diferentes dosagens do polímero (2, 3 e 4g), e observou que os valores de umidade aumentaram cerca de 1,60; 2,20 e 2,59 vezes para as respectivas dosagens, no solo que recebeu o gel. Banedjschafie&Durner (2015) também observaram um aumento da CAD (33-1500 kPa) para três concentrações (0.2; 0,6 e 1,0%) em um solo arenoso, os valores de umidade aumentaram em 3,7; 13,2 e 17,7% para as respectivas concentrações.
Porém no presente trabalho, pode-se constatar que o aumento nos valores de umidade
respectivos as CAD’s analisadas para o tratamento contendo o solo e o polímero, foi devido a
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5 CONCLUSÃO
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REFERÊNCIAS
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