OSWALDO JULIO VISCHI FILHO
INDICADORES FÍSICOS E MECÂNICOS DO SOLO SOB
CULTIVO DE CANA-DE-AÇÚCAR EM ÁREAS COMERCIAIS
CAMPINAS
2014
FACULDADE DE ENGENHARIA AGRÍCOLA
OSWALDO JULIO VISCHI FILHO
INDICADORES FÍSICOS E MECÂNICOS DO SOLO SOB
CULTIVO DE CANA-DE-AÇÚCAR EM ÁREAS COMERCIAIS
Tese apresentada na Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para obtenção do título de Doutor em Engenharia Agrícola, na Área de Concentração de Água e Solo.
Orientador: Prof. Dr. ZIGOMAR MENEZES DE SOUZA
Co-Orientador: Prof. Dr. REGINALDO BARBOZA DA SILVA
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELO ALUNO OSWALDO JULIO VISCHI FILHO E ORIENTADO PELO PROF. DR. ZIGOMAR MENEZES DE SOUZA
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CAMPINAS
2014
Este sistema visando a maior mecanização das etapas de produção, com ênfase para a colheita, promove o tráfego intenso das máquinas sobre o solo, resultando na sua compactação. Indicadores do processo de compactação derivados da curva de compressão e do intervalo hídrico ótimo do solo podem ser influenciados diferenciadamente pelo sistema de manejo. O trabalho teve como objetivo avaliar os ciclos de uso do solo cultivado com cana-de-açúcar utilizando indicadores de qualidade estrutural do solo em função da pressão de pré-consolidação e do intervalo hídrico ótimo do solo que possibilitem diagnosticar o comportamento estrutural dos mesmos com diferentes épocas de implantação e classes texturais. O experimento foi desenvolvido na usina São Martinho, município de Pradópolis, SP, em lavoura comercial de cana-de-açúcar, em quatro áreas distintas sobre Latossolo Vermelho, com duas classes texturais (argilosa e média), em sistemas com seis e dezoito anos de colheita mecanizada. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado em esquema fatorial, com os fatores: dois ciclos de colheita mecanizada (um e três ciclos), duas classes texturais (argilosa e média), dois locais de coleta (canteiro e linha de plantio) e quatro camadas amostradas. Os tratamentos foram: área com um ciclo de colheita mecanizada (seis anos de cultivo) em Latossolo Vermelho eutrófico, textura argilosa (T1); área com três ciclos de colheita mecanizada (dezoito anos de cultivo) em Latossolo Vermelho eutroférrico, textura argilosa (T2); área com um ciclo de colheita mecanizada em Latossolo Vermelho distrófico, textura média (T3) e área com três ciclos de colheita mecanizada em Latossolo Vermelho distrófico, textura média (T4). O solo foi amostrado nas linhas de plantio e no canteiro, nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20,0,20-0,30 e 0,30-0,40 m. Os atributos do solo avaliados foram: densidade, porosidade, resistência à penetração, conteúdo de água, estabilidade de agregados, teor de carbono e curva de retenção de água. A qualidade física do solo foi avaliada por meio do intervalo hídrico ótimo e pela modelagem da capacidade de suporte de carga, relacionando a pressão de pré-consolidação em função do teor de água. O maquinário de plantio e colheita da usina (trator, transbordo e colhedora de cana) foi avaliado quanto à área de contato, real e da elipse e pressão de contato dos rodados sobre o solo. Os resultados evidenciam a diminuição da porosidade total e a macroporosidade. A microporosidade e a produtividade da cultura não foram afetadas. Maior macroporosidade, Intervalo Hídrico Ótimo, diâmetro médio ponderado e diâmetro médio geométrico e menor densidade e resistência do solo à penetração ocorreram na linha de plantio. Os maiores teores de água no solo ocorreram no solo argiloso no sistema com três ciclos de colheita mecanizada (T2). O Intervalo Hídrico Ótimo no solo argiloso foi maior para o sistema de colheita mecanizada com um ciclo (T1) e no solo de textura média no sistema com três ciclos (T4). A colhedora de cana com massa de 18,3 Mg foi a máquina que apresentou a maior área de contato e a menor pressão de contato. O transbordo com massa de 28,74 Mg - foi o equipamento que apresenta a menor área de contato e a maior pressão de contato. As maiores capacidades de suporte de carga ocorreram no sistema de colheita mecanizada com dezoito anos, tanto no Latossolo Vermelho argiloso (T2) quanto no Latossolo Vermelho de textura média (T4), em relação ao sistema com seis anos (T1 e T3).
Palavras-chave: Capacidade de suporte de carga; pressão de contato; mecanização agrícola; física do solo, compactação, pressão de pré-consolidação; estrutura do solo.
system aiming at the highest possible mechanization of production stages, with emphasis on harvest, promotes intense machine traffic on the ground, resulting in its compaction. Indicators of compaction process derived from compression curve; in addition from the soil Least Limiting Water Range can be influenced differently by the handling system applied to sugarcane. The study aimed to evaluate the use of soil cycles cultivated with sugar cane using sustainability structural models of soil in terms of pre-consolidation pressure, as well as soil Least Limiting Water Range that allow diagnosing the soil structural behavior under cultivation of sugar cane at different times of deployment and textural classes. The experiment was conducted at Usina São Martinho, in Pradópolis, SP, sugarcane commercial farming, in four distinct areas on Oxisol, with two textural classes (clayey and medium), at systems with six and eighteen years of mechanized harvesting. The experimental design was entirely randomized in mechanized harvest, along with factors: two cycles of mechanized harvest (one and three cycles), two texture classes (clayey and medium), two harvest location (bed and rows), as well as four sampled layers. The treatments were: one cycle (six years of cultivation) area with mechanized harvesting in Oxisol, clayey (T1); area with three cycles of mechanical harvesting (eighteen years of cultivation) in Oxisol Typic Acrudox, clayey (T2); area with one mechanized harvest cycle in Oxisol Typic Acrudox, medium texture (T3) and areas with three cycles of mechanized harvesting in Oxisol Typic Acrudox, medium texture (T4). Soil was sampled on rows and bed, at layers of 0.00-0.10, 0.10-0.20, 0.20-0.30 and 0.30-0.40 m. Soil attributes evaluated were: bulk density, soil porosity, soil penetration resistance, water content, aggregate stability, carbon content and soil water retention curve. Soil physical quality was assessed by Least Limiting Water Range, as well by support modeling capacity of soil load, relating pre-consolidation pressure to water content function. The farm machinery for planting and harvesting (tractor, transshipment t and sugarcane harvester) was evaluated for contact area, real and eclipse, also wheel contact pressure on soil. The results show the decrease in total porosity and macroporosity. The microporosity and the crop yield were not affected. Greater macroporosity, Limiting Water Range, medium weight diameter and medium geometric diameter, as well as lower density and penetration soil resistance occurred in the rows. The higher water content on the soil occurred in clayey soil at three cycle system of mechanical harvesting (T2). The Limiting Water Range in clayey soil was higher for mechanical harvesting system with one cycle (T1) and on the medium textured soil in the system with three cycles (T4). The sugarcane harvester with mass 18.3 Mg was the machine with the highest contact area, as well as the lowest contact pressure. Transshipment with mass 28.74 Mg. was the equipment that showed the smallest contact area and the greatest contact pressure. The highest load bearing capacity occurred in mechanized harvesting system with eighteen years, both for an Oxisol (T2) as for Oxisol of medium texture (T4), compared to six years old system (T1 and T3).
Keywords: Load support capacity; contact pressure; agricultural mechanization; soil physical; soil compaction; pre-consolidation pressure; soil structure.
AGRADECIMENTOS ... xv
EPÍGRAFE ... xvii
LISTA DE FIGURAS ... xix
LISTA DE TABELAS ... xxi
1. INTRODUÇÃO ... 1 1.1. Hipótese ... 2 1.3. Objetivos ... 3 1.3.1. Objetivo Geral ... 3 1.3.2. Objetivos Específicos ... 3 2. REVISÃO DE LITERATURA ... 5 2.1. A cultura da cana-de-açúcar ... 5
2.2. Estrutura e compactação do solo ... 9
2.3. Qualidade física do solo ... 13
3. MATERIAL E MÉTODOS ... 29
3.1. Localização das parcelas experimentais ... 29
3.2. Delineamento experimental ... 30
3.3. Caracterização do solo e da cobertura ... 32
3.4. Aspectos do controle de tráfego ... 34
3.5. Coleta das amostras de solo ... 36
3.6. Caracterização física ... 37
3.7. Intervalo hídrico ótimo ... 40
3.8. Pressão de pré-consolidação (σp) ... 42
3.9. Cálculo da pressão de contato ... 44
3.10. Avaliação do parque de máquinas de plantio e colheita da usina ... 46
3.11. Análises estatísticas ... 47
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 49
4.1. Atributos físicos do solo ... 49
4.1.1. Densidade e porosidade do solo ... 49
4.3. Avaliação do maquinário de plantio e colheita da usina ... 87
4.3.1. Áreas de contato rodado/solo ... 87
4.3.2. Pressão de contato dos rodados ... 89
4.4. Capacidade de suporte de carga do solo ... 92
4.5. Variáveis tecnológicas e produtividade da cana-de-açúcar ... 101
5. CONCLUSÕES ... 105 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 107 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 109 8. ANEXOS ... 123 ANEXO 1 ... 124 ANEXO 2 ... 125
À sustentabilidade do setor sucroenergético, que, se alcançada, preservará o solo e o meio ambiente,
À minha esposa Selma Vilas Boas Vischi, pelo amor e compreensão, que me deu forças para conseguir desenvolver e terminar este trabalho.
Aos meus amados filhos, Oswaldo Julio Vischi Netto e Maria Julia Vilas Boas Vischi por existirem e serem a razão do nosso viver.
Aos meus pais, Oswaldo Julio Vischi e Thereza A. Selitto Vischi por estarem sempre presentes na minha vida.
A Universidade Estadual de Campinas por me proporcionar a oportunidade de desenvolver o Doutorado.
A Faculdade de Engenharia Agrícola pela oportunidade de alcançar o título de Doutor e por toda a infraestrutura proporcionada para a realização desta pesquisa.
Ao Professor Zigomar Menezes de Souza por sua orientação e amizade e aconselhamento em todo o tempo de realização deste trabalho.
Ao Professor Reginaldo Barbosa da Silva, tão atencioso e dedicado por me atender sempre, contribuindo muito para a definição dos experimentos e elaboração do trabalho.
Ao Grupo São Martinho, por meio dos funcionários Marcos Marcari, Carlos Sardão e Vitor Rodrigues Uliani, pela disponibilidade do local da pesquisa e pelo apoio em todas as etapas de campo do experimento.
À Secretaria de Agricultura e Abastecimento, por meio da Coordenadoria de Defesa Agropecuária, por permitir que eu realizasse a pesquisa, contribuindo para engrandecer o meu conhecimento profissional.
Aos colegas de trabalho: Márcio Emanoel de Lima, pelo grande auxílio na estatística e interpretação dos dados, Juarez Henrique Fioreli, pelo auxílio na coleta de campo, Chaim e Jairo, pelos "helps" de informática, Antonio Paulo Ronchi, por ajudar na revisão, e Antoniani Roque, por informações sobre o IHO.
Aos professores da Faculdade de Engenharia Agrícola, em especial ao professor Paulo Ademar Martins Leal, pelo apoio que me fez voltar a estudar.
Michender, Camila, Leandro, Ana Paula, João e Rafael, pela companhia e apoio durante a realização das análises laboratoriais.
Ao contemporâneo Gustavo Soares de Souza, pela valiosa contribuição na ordenação dos dados e análise estatística.
Aos técnicos de laboratório Célia Panzarini Gonçalves e Antonio Javarez Junior, pela imprescindível ajuda durante todosos processos laboratoriais.
Aos bolsistas do Laboratório de solos, Diego Felipe Vieira Ribeiro e Laura Beatriz de Oliveira, pelo auxílio no preparo de amostras.
Aos Ricardo Nakamura, Danilo de Moraes Gomes Pereira e Camila Cassante de Lima da UNESP, Campus de Registro, pelas valorosas contribuições.
Aos colegas do Laboratório de Hidráulica que muitas vezes estavam presentes em discussões importantes.
Aos professores Edson Eiji Matsura (FEAGRI) e Paulo Albuquerque (FEC), pela valiosa contribuição ao plano de pesquisa.
E a todos aqueles que contribuíram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho, agradeço de coração.
O meu
“ORAÇÃO DO AGRÔNOMO”
Herdarás o solo sagrado e a fertilidade foi transmitida de geração em geração. Protegerás teus campos contra a erosão e tuas florestas contra a desolação. Impedirás que tuas fontes sequem e que teus campos sejam devastados pelo gado.
Figura 3. Gráfico da frequência pluviométrica (mm), série histórica de 43 anos, período de 1963 a 2006, da região de Jaboticabal no estado de São Paulo. (Fonte: DAEE, 2014) ... 30 Figura 4. Localização das áreas do experimento para os tratamentos T1 (Área 2), T2 (Área 1), T3 (Área 3) e T4 (Área 4) na Usina São Martinho. Imagem do Google earth® ... 32 Figura 5. Locais de amostragem do solo e identificação das mini-trincheiras. ... 37 Figura 6. Curvas de retenção de água do Latossolo Vermelho textura argilosa, determinados na linha de plantio (LP), canteiro (CT) e nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m, nos sistemas colheita mecanizada com um ciclo (T1) e colheita mecanizada com três ciclos (T2). ... 62 Figura 7. Curvas de retenção de água do Latossolo Vermelho textura média, determinados na linha de plantio (LP), canteiro (CT) e nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m, nos sistemas colheita mecanizada com um ciclo (T3) e colheita mecanizada com três ciclos (T4). ... 65 Figura 8. Intervalo Hídrico Ótimo do Latossolo Vermelho textura argilosa, para os sistemas mecanizados com um ciclo (T1) e três ciclos (T2), sobre a variação do teor de água na capacidade de campo (θCC = -0,01 MPa), ponto de murcha permanente (θPMP = -1,5 MPa),
porosidade de aeração (PA = 0,10 m3 m-3) e resistência do solo à penetração (RP = 2,0; 2,5; 3,0 e 3,5 MPa). ... 76 Figura 9. Intervalo hídrico ótimo do Latossolo Vermelho argiloso, para os sistemas mecanizados com um ciclo (T1) e três ciclos (T2), sobre a variação do teor de água na capacidade de campo (θCC = -0,01 MPa), ponto de murcha permanente (θPMP = -1,5 MPa),
porosidade de aeração (PA = 0,10 m3 m-3) e resistência do solo à penetração (RP = 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 MPa). ... 78 Figura 10. Intervalo hídrico ótimo do Latossolo Vermelho textura média, para os sistemas mecanizados com 1ciclo (T3) e três ciclos (T4), sobre a variação do teor de água na capacidade de campo (θCC = -0,01 MPa), ponto de murcha permanente (θPMP= -1,5 MPa),
porosidade de aeração (PA = 0,10 m3 m-3) e resistência do solo à penetração (RP = 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 MPa). ... 83 Figura 11. Intervalo hídrico ótimo do Latossolo Vermelho textura média, para os sistemas mecanizados com um ciclo (T3) e três ciclos (T4), sobre a variação do teor de água na capacidade de campo (θCC = -0,01MPa), ponto de murcha permanente (θPMP = -1,5 MPa),
porosidade de aeração (PA = 0,10 m3 m-3) e resistência do solo à penetração (RP = 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 MPa). ... 84 Figura 12. Intervalo hídrico ótimo do solo nos sistemas de colheita mecanizada com 1 e três ciclos (T1, T2, T3 e T4), determinados nas linhas de plantio (LP) e canteiro (CT)... 86 Figura 13. Relação entre área de contato real (ACR) e a área de contato da elipse (ACE), com coeficiente de correlação (r = 0,93). ... 87 Figura 14. Modelos de capacidade de suporte de carga para o Latossolo Vermelho textura argilosa, tratamentos T2 e T1, para a linha de plantio (a), canteiro (b) e nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m, na zona de friabilidade entre o limite de contração (LC) e o limite de plasticidade (LP). ... 97
Figura 16. Trator com bitola estendida e esquematização da área, sendo (LP) linha de plantio e (R) eixo do rodado do trator. Imagem cedida por ROQUE, 2010. ... 124 Figura 17. Imagens do sistema de piloto automático (Cedidas por ROQUE, 2010). ... 124 Figura 18. Máquinas e equipamentos avaliados no experimento. Trator CASE Magnum 235, transbordo Tracan com 3 eixos e colhedora CASE A8800. ... 125 Figura 19. Pesagem dos eixos das máquinas e equipamento e obtenção das áreas de contato das garras dos rodados com as superfícies avaliadas. ... 126 Figura 20. Obtenção das áreas de contato dos rodados das máquinas e equipamento. ... 127 Figura 21. Obtenção da área de contato do rodado da colhedora ... 128 Figura 22. Placas de plástico utilizadas na obtenção das áreas reais de contato das garras dos rodados com as superfícies avaliadas. Obtenção das imagens digitalizadas por meio de foto digital. ... 129 Figura 23. Áreas de contato dos rodados do trator CASE e do transbordo, obtidas em superfície rígida e no campo com e sem palha cobrindo o solo. Em vermelho = área da elipse. Em azul = área real. ... 130 Figura 24. Área de contato do rodado da colhedora CASE obtida em superfície rígida e no campo com e sem palha cobrindo o solo ... 131
Tabela 2. Limites e estados de consistência dos corpos de prova, conforme os cinco teores de água (kg kg-1). ... 42 Tabela 3. Valores médios dos atributos físicos do Latossolo Vermelho textura argilosa, determinadas na linha de plantio (LP), canteiro (CT) e nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m, nos sistemas de colheita mecanizada com um ciclo (T1) e com três ciclos (T2). ... 50 Tabela 4. Valores médios dos atributos físicos do Latossolo Vermelho textura média, determinadas na linha de plantio (LP), canteiro (CT) e nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m, nos sistemas de colheita mecanizada com um ciclo (T3) e com três ciclos (T4). ... 53 Tabela 5. Valores médios de resistência do solo à penetração e teor de água do Latossolo Vermelho nas áreas dos tratamentos T1, T2, T3 e T4, determinados nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30, 0,30-0,40, 0,40-0,50 e 0,50-0,60 m. ... 56 Tabela 6. Resistência do solo à penetração e conteúdo de água do Latossolo Vermelho textura argilosa e média, determinados na linha de plantio (LP), canteiro (CT) e nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m, nos sistemas de colheita mecanizada com um ciclo (T1 e T3) e com três ciclos (T2 e T4). ... 57 Tabela 7. Modelos de van Genuchten para o Latossolo Vermelho textura argilosa determinados na linha de plantio e canteiro, nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m, nos sistemas de colheita mecanizada com um ciclo (T1) e com três ciclos (T2). ... 61 Tabela 8. Capacidade de água disponível do Latossolo Vermelho textura argilosa, determinada na linha de plantio (LP), canteiro (CT) e nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m, nos sistemas de colheita mecanizada com um ciclo (T1) e colheita mecanizada com três ciclos (T2). ... 63 Tabela 9. Modelos de van Genuchten para o Latossolo Vermelho textura média determinados na linha de plantio e no canteiro nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m, nos sistemas de colheita mecanizada com um ciclo (T3) e com três ciclos (T4). ... 64 Tabela 10. Capacidade de água disponível do Latossolo Vermelho textura média, determinada na linha de plantio (LP), canteiro (CT) e nas camadas de 0,00-0,10; 0,10-0,20; 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m, nos sistemas de colheita mecanizada com um ciclo (T3) e colheita mecanizada com três ciclos (T4). ... 66 Tabela 11. Valores médios para estabilidade de agregados do Latossolo Vermelho textura argilosa, determinados na linha de plantio (LP) e canteiro (CT), nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m, nos sistemas de colheita mecanizada com um ciclo (T1) e com três ciclos (T2). ... 68 Tabela 12. Valores médios para estabilidade de agregados do Latossolo Vermelho textura média, determinados na linha de plantio (LP), canteiro (CT) e nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m, nos sistemas de colheita mecanizada com um ciclo (T3) e com três ciclos (T4). ... 71
tratamentos colheita mecanizada com um ciclo (T1) e três ciclos (T2). ... 73 Tabela 14. Estimadores dos parâmetros da regressão linear para resistência do solo à penetração em função do teor de água no solo e densidade do solo [ln RP = ln a + b ln θ + c lnDs] (R2 = 0,88 e 0,77) e para o teor de água no solo em função da densidade e potencial matricial [ln θ = d + e Ds + f ln Ψ] (R2
= 0,68 e 0,80) dos atributos do solo para os tratamentos colheita mecanizada com um ciclo (T3) e três ciclos (T4). ... 80 Tabela 15. Informações pondero-dimensionais e pressão exercida pelo contato rodado-solo para os diferentes maquinários e superfícies utilizando a área real e a área da elipse. ... 88 Tabela 16. Limites, estados e faixas de consistência determinados nas camadas de 0,00-0,10 m, 0,10-020, 0,20-0,30 e 030-0,40 m em Latossolo Vermelho. ... 93 Tabela 17. Modelos de capacidade de suporte de carga do solo e coeficientes das equações de regressão na forma (σp = 10(a + b U)
) para Latossolo Vermelho textura argilosa e média, para os sistemas de colheita mecanizada com um ciclo (CM1) e com três ciclos (CM3) determinados na linha de plantio (LP),canteiro (CT) e nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m. ... 94 Tabela 18. Teste de significância comparando as equações obtidas nos modelos de capacidade de suporte de carga para os Latossolos Vermelhos texturas argilosa e média, para os sistemas com colheita mecanizada com um ciclo (T1 e T3) e com três ciclos (T2 e T4) determinados na linha de plantio (LP),canteiro (CT) e nas camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m. ... 95 Tabela 19. Capacidade de suporte de carga (σp) do LVef, LVe e LVd, na faixa de friabilidade, para os sistemas de colheita mecanizada com um ciclo (CM1) e três ciclos (CM3), nalinha de plantio (LP), canteiro (CT) e nas profundidades de 0,00-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m. ... 100 Tabela 20. Variáveis de qualidade tecnológica e produtividade da cultura nas áreas com solo argiloso e textura média. ... 102
1. INTRODUÇÃO
A cultura da cana-de-açúcar encontrou no Brasil condições favoráveis de solo e clima para o seu desenvolvimento e vem aumentando em termos de área plantada e produtividade da lavoura a cada ano. Trata-se de cultura importante para o Brasil, com mais de 10 milhões de hectares de área cultivada. Este cultivo está mais concentrado no estado de São Paulo, o maior estado produtor de cana do país. As áreas ocupadas com a cultura da cana-de-açúcar no estado de São Paulo correspondem a 5,77 milhões de ha, safra 2013 (CANASAT, 2014), o equivalente a 32,2% da área agrícola do Estado, que é de aproximadamente 17,90 milhões de hectares (IEA, 2001).
Devido a utilização de máquinas e implementos com maior massa, torna-se necessário o desenvolvimento de metodologias para mensurar a capacidade de suporte de carga do solo, tendo em vista o tráfego intenso de maquinário bem como o impacto destas práticas nos seus atributos físicos e mecânicos (SOUZA et al., 2005). Dentre esses atributos, destacam-se os componentes da porosidade relacionados com a retenção e o fluxo de água e ar no solo e o impedimento mecânico ao crescimento das raízes. A capacidade do solo em resistir às cargas aplicadas é fundamental neste contexto, pois possibilita calcular a permeabilidade e definir regiões de maior ou menor susceptibilidade do solo a compactação pelo uso de máquinas em sistemas de colheita mecanizada da cultura da cana-de-açúcar (SOUZA et al., 2012a).
Para avaliar a susceptibilidade à compactação e o momento adequado para executar as operações mecanizadas no campo, o conhecimento dos atributos físicos e mecânicos do solo têm sido utilizados (KONDO; DIAS JÚNIOR, 1999; LANÇAS; ASSIS, 2003; SUZUKI et
al., 2008; VOGELMANN et al., 2012). Alguns destes atributos relativos ao comportamento
compressivo do solo são obtidos por meio da curva de compressão, representada graficamente pela relação entre o logaritmo da pressão aplicada e a densidade do solo ou índice de vazios (HOLTZ; KOVACS, 1981). Como exemplos desses atributos, citam-se o índice de compressão e a pressão de pré-consolidação (DIAS JÚNIOR; PIERCE, 1996; KONDO; DIAS JÚNIOR, 1999; SILVA et al., 2001; OLIVEIRA et al., 2003; PIRES et al., 2012).
O Intervalo Hídrico Ótimo (IHO) também é um atributo do solo sensível aos efeitos da sua compactação, sugerido como indicador de qualidade física do solo que influencia diretamente na produtividade das culturas (SILVA; KAY, 1996; TORMENA et al., 1998;
BLAINSKI et al., 2008; KAISER et al., 2009; FIDALSKI et al., 2010). O IHO do solo engloba informações sobre resistência do solo a penetração, disponibilidade de água e aeração do solo (SILVA et al., 1994; ROQUE et al., 2011), indicando assim o conteúdo de água onde as limitações são mínimas ao desenvolvimento das culturas.
O levantamento ou a caracterização pondero-dimensional deveria ser uma etapa importante no dimensionamento de conjuntos motomecanizados em áreas de cana-de-açúcar. Com este levantamento, é notável a necessidade de se descrever a área de contato entre o pneu e o solo, pois a partir desses dados se obtém o valor da pressão de contato no solo, e é possível se avaliar o impacto ambiental do tráfego de máquinas (HALLONBORG, 1996). Novak et al. (1992) afirmam que altas pressões de contato pneu-solo ocasionam o aumento da densidade do solo e, portanto, para se evitar a compactação é recomendado manter as pressões de contato baixas.
No Brasil, os estudos da modelagem do comportamento da estrutura do solo com base na pressão de pré-consolidação aliada à caracterização pondero-dimensional e intervalo hídrico do solo são recentes. Assim, é evidente a necessidade de novas pesquisas que busquem, cada vez mais, investigar as inter-relações dos mais variados atributos do solo que possam auxiliar na manutenção e sustentabilidade da estrutura dos solos agrícolas, independentemente dos sistemas de manejos utilizados.
Estudos sobre a compactação e a qualidade estrutural dos solos nos sistemas de produção de cana-de-açúcar utilizados atualmente, são necessários para a construção e a manutenção da capacidade produtiva desses solos, adequação do parque de maquinário e a consequente longevidade do setor sucroenergético brasileiro.
1.1. Hipótese
Este trabalho testará a hipótese de que o processo de compactação e os indicadores derivados da curva de compressão e do intervalo hídrico do solo são influenciados diferenciadamente pelo sistema de manejo aplicado à cana crua com distintas épocas de implantação em solos de diferentes classes texturais.
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo Geral
Obter indicadores de qualidade estrutural do solo em função da pressão de pré-consolidação e do intervalo hídrico do solo que possibilitem diagnosticar o comportamento estrutural dos solos sob o cultivo da cana crua em diferentes épocas de implantação e classes texturais do solo.
1.3.2. Objetivos Específicos
Determinar em condições de campo e de laboratório atributos físicos indicadores da qualidade física e estrutural do solo, com enfoque em distribuição de poros e água no solo.
Determinar a camada de maior resistência do solo à penetração com objetivo de quantificar as alterações estruturais em subsuperfície.
Avaliar a influência do maquinário empregado nas operações desde o plantio até a colheita, na estrutura do solo, na camada superficial e subsuperficial.
Estimar a capacidade de suporte de carga em função do teor de água em solos com diferentes classes texturais cultivados com cana-de-açúcar.
Identificar limites críticos de densidade do solo, onde a resistência do solo à penetração e a porosidade de aeração são restritivos ao desenvolvimento das plantas, utilizando a metodologia do intervalo hídrico ótimo e relacionar estas informações com os atributos físicos e mecânicos do solo.
2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1. A cultura da cana-de-açúcar
A cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) é originária do Sudeste Asiático, ilha de Nova Guiné, e foi descoberta por volta do século VI a.C., quando passou a ser utilizada como alimento e para construções. A cana-de-açúcar foi introduzida no Brasil pelos portugueses no início do século XVI com objetivo de produzir matéria prima para os engenhos de açúcar, na época, a primeira indústria instalada no Brasil. O colonizador português Martim Afonso de Souza foi quem introduziu, no ano de 1532, o cultivo da cana-de-açúcar no Brasil, em São Vicente-SP, onde construiu o primeiro engenho do Brasil, iniciando-se o ciclo da cana-de-açúcar, a primeira atividade econômica organizada no país (UNICA, 2014a).
O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e a área total plantada em 2013, foi de 10.570.079 ha, com produção de 711.976.840 Mg de cana-de-açúcar e rendimento médio de 74,97 Mg ha-1. A produção nacional de cana-de-açúcar em 2013 apresentou um crescimento de 6,1% em relação a 2012, ficando próxima de 712 milhões de toneladas. O estado de São Paulo, responsável por 53,6% da produção brasileira, teve 5.405.512 ha plantados em 2013, com uma produção de 381.566.010 Mg e rendimento médio de 80,48 Mg ha-1, maior que a média nacional (IBGE, 2013).
O Brasil é o primeiro produtor mundial de açúcar, com 25% da produção e 50% das exportações mundiais. É o segundo maior produtor mundial de etanol, responsável por 20% da produção e 20% das exportações mundiais de etanol (UNICA, 2014b). A cadeia produtiva do setor sucroenergético (açúcar, álcool e energia) tem um produto interno bruto de US$ 48 bilhões; são 430 unidades industriais produtoras que utilizam a matéria prima, cana-de-açúcar, produzida por 70 mil produtores (Figura 1). O setor proporciona 1,2 milhão de empregos diretos e US$ 15 bilhões obtidos com exportações (UNICA, 2014b). O produto interno bruto (PIB) do setor em 2013 representou 2,19% do PIB brasileiro, que foi de US$ 2,19 trilhões, revelando a importância dessa atividade para o Brasil. No estado de São Paulo, maior produtor, estão instaladas 177 unidades industriais, responsáveis pela moagem de 53,5% do total de cana-de-açúcar produzida no Brasil (UDOP, 2014).
O ciclo da cultura da cana-de-açúcar vem passando por processo de mecanização, desde o plantio à colheita. O plantio está sendo realizado com plantadoras de cana (que utiliza
toletes de cana como mudas) e o espaçamento mais utilizado é o de 1,50 m entre fileiras de cana-de-açúcar, mas há usinas que estão plantando no espaçamento duplo, ou seja, blocos de duas linhas de cana-de-açúcar espaçadas entre si em 0,90 m e 1,50 m entre essa linha dupla e o próximo bloco.
Figura 1. Locais de produção da cana-de-açúcar no Brasil.
As varíáveis tecnológicas da cana-de-açúcar são importantes para a indústria e para os fornecedores de cana, que são remunerados pela qualidade da cana produzida, e o sistema de pagamento pela tonelada de cana leva em conta a qualidade da matéria prima, que é medida por meio das variáveis tecnológicas. Estudos de Larrahondo et al. (2009), que avaliaram as variáveis tecológicas da cana-de-açúcar colhida mecanicamente na Colômbia, encontraram valores de sólidos totais no caldo de 16,7 ºbrix, sacarose aparente da cana de 14,2% e pureza do caldo de 84,9%. Souza et al. (2005), que analisaram dezoito variedades de cana-de-açúcar no estado de São Paulo, para condições de manejo da palha sem triturar e mantida na
superfície do solo, encontraram valores médios de fibra, pureza e sacarose aparente do caldo de 11%, 91% e 18%, respectivamente.
Conforme resultados de Ripoli e Ripoli (2004), que estudaram as variáveis tecnológicas em cana-de-açucar e inferiram que os valores recomendados das variáveis tecnológicas são: fibra (11 a 13%), sacarose aparente do caldo (acima de 14%), pureza do caldo (acima de 85%), acúcares totais recuperáveis (acima de 15%), açucares redutores (abaixo de 0,8%) e impurezas (abaixo de 0,5 kg Mg-1). As variáveis tecnológicas também são utilizadas para identificar se a cana está madura e no ponto ideal para a colheita.
O palhiço ou palhada - resíduo da colheita mecanizada, constituído por ponteiros, folhas, bainhas e alguns pedaços de colmo que são triturados pela colhedora e lançados sobre a superfície do solo - forma uma excelente cobertura morta que protege o solo contra a erosividade das chuvas, fornecendo matérial orgânico que contribuirá para melhorar a qualidade estrutural desse solo (SOUZA et al., 2005). A decomposição da palha aumenta os teores de matéria orgânica do solo em longo prazo e tem um efeito condicionador, pois, em função das suas características de estrutura orgânica, agrega as partículas, melhorando sua estrutura física.
O total de material orgânico que pode ser retirado da superfície do solo é no máximo 50% da palhada, sem prejuízos à cultura da cana, e os 50% restantes são suficientes para melhorar a produção da cultura (SILVA et al., 2012). Em termos de nutrientes, o potencial é baixo, mas um dos efeitos significativos da manutenção da palhada é o aumento da capacidade de troca catiônica (CTC) do solo, proporcionado pelo aporte de material orgânico oriundo da palhada (AQUINO; MEDINA, 2012). Conforme Costa et al. (2014), que estudaram os efeitos do manejo da palhada e do nitrogênio na produtividade de cana-de-açúcar, a remoção total da palhada reduz significativamente a produtividade de colmos, se comparado com a manutenção da palhada no campo, e o aumento da adubação nitrogenada em até 180 kg ha-1 de uréia não compensaria o efeito da retirada da palha na queda da produtividade a longo prazo.
Estudos de Hilbig et al. (2007), que avaliaram o tráfego de uma colhedora de grãos e de um trator, em Latossolo Vermelho distrófico típico, com e sem a cobertura de palha na superfície do solo, verificaram que a compactação do solo teve seus efeitos reduzidos pelo acúmulo de palha, que absorveu parte da energia exercida pelas pressões aplicadas pelas
máquinas agrícolas. O tráfego realizado com a colhedora com e sem a presença de palha sobre a superfície do solo obteve uma diferença significativa na da redução da pressão medida na profundidade de 0,12 e 0,42 m, mostrando que a palha absorveu parte da energia aplicada. O fator para a redução da energia aplicada ao solo com a presença de palha foi que a palha aumentou a área de contato pneu-solo, que foi de 1903 cm2 no solo coberto com palha e 1330 cm2 quando não havia palha na superfície.
Outra inovação do setor é a utilização de piloto automático, também conhecido como sistema de direcionamento via satélite. Esse sistema utiliza o GPS (Global Positioning
Systems) e tem a vantagem do rodado da máquina seguir um trajeto determinado na ocasião
do plantio, que preserva as linhas de cana-de-açúcar do impacto dos pneus e ou esteiras dos equipamentos, caracterizando a teoria da pista, onde os rodados sempre trafegarão no mesmo local (MOLIN et al., 2012).
A eliminação da queima para a despalha da cana-de-açúcar foi regulamentada por meio da Lei Estadual nº 11.241, de 19 de setembro de 2002 e seu Decreto Regulamentador nº 47.700, de 11 de março de 2003 (SÃO PAULO, 2002 e 2003). O mesmo prevê que toda a cana-de-açúcar produzida em áreas com declividade inferior a 12% tenha o prazo final para a colheita sem queima até o ano de 2021. Para a cana-de-açúcar cultivada em áreas com declividades superiores a 12% o prazo final para eliminação das queimadas será 2031, ano final para a extinção da queima da palha de cana-de-açúcar no estado de São Paulo.
Com propósito de reduzir os prazos para eliminação da queima da palhada de cana-de-açúcar foi assinado em 10 de março de 2008 o Protocolo Agroambiental, sendo signatários o governo do estado de São Paulo, por meio dos secretários de estado do Meio Ambiente e de Agricultura e Abastecimento e pelo presidente da União da Indústria Sucroalcooleira (UNICA) e da Organização de Plantadores de Cana da Região Centro-Sul do Brasil (ORPLANA).
O protocolo faz parte do projeto etanol verde, que tem o objetivo de desenvolver ações que estimulem a sustentabilidade do setor. Esse instrumento cobre alguns dos principais pontos de redução de impactos da cultura, entre eles a antecipação dos prazos de eliminação da queima da palha da cana. Para as áreas cultivadas com cana-de-açúcar com declividade até 12%, áreas aptas à mecanização, foi previsto o prazo final para a eliminação da queimada da cana-de-açúcar, de 2021 para 2014 (PROTOCOLO AGROAMBIENTAL, 2014).
Apesar dos atributos mecânicos permitirem uma estimativa da capacidade de suporte de carga dos solos, poucos são os trabalhos que quantificam os níveis de pressões que podem ser aplicados para evitar a compactação do solo (SILVA et al., 2001; SILVA et al., 2003a; SILVA et al., 2010; SOUZA et al., 2012a); para a cultura de cana-de-açúcar com colheita mecanizada e manutenção da palhada ainda são escassas estas informações.
A colheita mecanizada reduz o custo da colheita e supera a falta de mão-de-obra, mas gera outro problema: que é a compactação do solo. Não há outra forma de colheita de cana-de-açúcar nos dias atuais, que não seja a colheita mecanizada. Essa modalidade de mecanização, uma realidade nos canaviais paulistas, já atinge mais de 82% da área cultivada com cana-de-açúcar e até o final de 2014 atingirá os 100% nas áreas propícias à mecanização.
2.2. Estrutura e compactação do solo
Os sistemas de manejo das áreas agrícolas com um ciclo (seis anos de cultivo) e três ciclos (dezoito anos de cultivo) afetam a estrutura e agregação do solo, atributos que condicionam a porosidade do solo, a densidade do solo, à resistência do solo à penetração e a capacidade de retenção e de movimentação de água. Os latossolos sob condições naturais são caracterizados, por terem excelente estrutura, boas propriedades relacionadas aos aspectos de geometria e continuidade de poros, sendo rápida a infiltração de água no solo. Entretanto, com as operações intensivas de preparo do solo pode ocorrer a compactação do solo.
Compactação é a compressão do solo não saturado, provocando reorganização estrutural das partículas e de seus agregados, resultando em aumento da densidade do solo e redução da porosidade total e dos macroporos (DIAS JÚNIOR, 2000). Ocorre principalmente em decorrência do excesso de pressão exercida pelo tráfego de máquinas e equipamentos sobre o solo em condições de excesso de água em que o seu teor está acima dos valores ideais. Kondo e Dias Júnior (1999) afirmam que pode ocorrer compactação do solo quando as operações forem realizadas com o solo na zona de friabilidade caso seja aplicada a esse solo, pressões maiores do que a sua capacidade de suporte de carga.
Vários pesquisadores têm demonstrado o efeito da compactação nos atributos do solo, com a alteração da sua estrutura e interferindo até no desenvolvimento da cultura implantada, com queda da produtividade das culturas (SILVA et al., 1994; TORMENA et al., 2002;
SILVA et al., 2003a; CHAN et al., 2006; SEVERIANO et al., 2008; TORMENA et al., 2008; MATERECHERA, 2009; CAVALIERI et al., 2011; SOUZA et al., 2012a). A compactação aumenta a densidade do solo e a sua resistência à penetração das raízes (TORMENA et al., 2002; MATERECHERA, 2009; MOREIRA et al., 2012) e diminui o volume de poros, principalmente os macroporos (SOUZA et al., 2006).
Avaliando o tráfego controlado em cana-de-açúcar em Latossolo Vermelho distrófico, Roque et al. (2010) inferiram que o tráfego das máquinas agrícolas aumenta a densidade do solo e diminui o diâmetro médio ponderado dos agregados e a macroporosidade na linha de rodado em relação à linha de plantio, o que causa a degradação da qualidade física do solo ao longo dos anos de cultivo.
Os pesquisadores Braunack e McGarry (2006) avaliaram os espaçamentos entre as linhas de cana-de-açúcar e a bitola da colhedora de cana-de-açúcar na Austrália e os efeitos do tráfego, controlado e aleatório, para os atributos físicos do solo. Concluíram que a densidade do solo e a resistência do solo à penetração na linha de plantio foram maiores, já a condutividade hidráulica saturada foi menor sob as linhas de tráfego aleatórias em comparação com as linhas de tráfego controlado.
Os benefícios do tráfego controlado na cana-de-açúcar são notados com o tempo de colheita mecanizada e os resultados indicaram que o tráfego controlado e o preparo reduzido melhoram os atributos do solo na linha de plantio, em comparação com o tráfego e o preparo convencional (SOUZA et al., 2012a). Braunack e McGarry (2006) verificaram que as melhorias ocorrem ao longo do tempo se o sistema utilizando tráfego controlado e preparo reduzido fossem adotados. A combinação de tráfego controlado e preparo reduzido formam a base de um sistema de produção sustentável para a indústria de açúcar da Austrália que serviria para proteger o solo e manter a produtividade em longo prazo.
Avaliando os níveis de compactação ocasionado pelo tráfego intenso de máquinas agrícolas e a resistência do solo à penetração (RP) em Latossolo Vermelho sob cana-de-açúcar, com colheita mecanizada, Cavichiolli et al. (2012) observaram que o valor médio de compactação encontrado nas linhas de plantio foi menor do que na entrelinha, com valores entre 2,0 e 4,0 MPa, enquanto que, na entrelinha estes valores se concentraram entre 4,0 e 6,0 MPa. Esta diferença no valor médio da resistência do solo à penetração foi justificada pela concentração do tráfego das máquinas durante as várias safras da cultura. Segundo Arshad et
al. (1996) os atributos físicos do solo, densidade, a porosidade e a resistência do solo à
penetração são bons indicadores de qualidade e permitem o monitoramento de áreas que sofreram algum tipo de interferência, determinando qual é o melhor manejo e que provoca uma menor degradação.
Estudando a compressibilidade, resistência do solo à penetração e intervalo hídrico ótimo em cana-de-açúcar sob Argissolo Amarelo nos tabuleiros costeiros de Alagoas, Pacheco e Cantalice (2011) verificaram que em mais de dezoito anos utilizando o sistema de colheita com transbordo, que emprega pneus de alta flutuação, contribui para evitar compactações adicionais em camadas mais profundas do solo, pois observaram valores de densidade do solo variando de 1,39 a 1,44 Mg m-3.
Em um estudo da resistência do solo à penetração nas zonas de tráfego e entre tráfego de uma colhedora de grãos, em Latossolo Vermelho, para dois sistemas de manejo do solo (plantio direto e preparo reduzido) e duas condições de umidade do solo, Silva et al. (2000a) verificaram na primeira avaliação que a resistência do solo à penetração ficou abaixo de 2,0 MPa e a maior RP foi encontrada na camada de 0,32 m no sistema com preparo reduzido, na segunda avaliação a maior RP, de 3,5 MPa, foi encontrada na camada de 0,075 a 0,10 m no sistema de plantio direto trafegado. Conforme Vepraskas e Miner (1986), os valores de resistência do solo à penetração de 2,8 a 3,2 MPa retardam a elongação das raízes das plantas de tabaco e com 4,0 MPa não há crescimento de raízes.
Reduções significativas ocorrem principalmente no volume de macroporos, enquanto que os microporos são menos afetados (STRECK et al., 2004). Segundo Hakansson e Voorhees (1997), sistemas que proporcionam pouco revolvimento do solo e apresentam tráfego de máquinas pesadas podem promover compactação do solo até 0,4 m, como no sistema de cultivo da cana-de-açúcar.
De acordo com Lanças e Assis (2003) e Souza et al. (2012a), a densidade do solo é significativamente elevada após o tráfego de máquinas agrícolas, com redução da macroporosidade e consequente diminuição da condutividade hidráulica. Way et al. (1995) verificaram aumento significativo da densidade do solo abaixo da linha de tráfego, sendo esse aumento tanto maior quanto ao aumento do número de carregamentos. Wood et al. (1993) observaram redução de 50% da porosidade e permeabilidade do solo na camada de 0,20-0,40
m, devido ao tráfego de quatro passadas de uma carreta graneleira em relação a uma única passada.
Ainda com relação à porosidade do solo, a compactação, além de diminuir o volume total de poros, interfere no tamanho, continuidade e nas classes de poros (DEXTER, 1988; HORN; LEBERT, 1994; LIMA et al., 2005; SOUZA et al., 2006). Devido às operações de carga dinâmica, a distribuição, tamanho e continuidade de poros são afetados negativamente, o que implica diminuições na permeabilidade ao ar e da água, promovendo redução no desenvolvimento radicular da cultura (HORN; LEBERT, 1994). Roque et al. (2010), pesquisando o efeito do tráfego de máquinas agrícolas na cultura da cana-de-açúcar, sob Latossolo Vermelho distrófico, observaram que na cana soca houve uma diminuição nos macroporos em todos os locais de amostragem, sendo que essa diminuição na macroporosidade evidencia o efeito do tráfego de máquinas pesadas nos tratos culturais e, principalmente, na colheita da cana-de-açúcar.
No sistema de colheita mecanizada na cultura de cana-de-açúcar, a ausência, ou revolvimento mínimo do solo, favorece a manutenção de teores de água mais elevados em virtude da manutenção dos resíduos culturais. Por isso, o tráfego sistemático de máquinas pode promover compactação excessiva na superfície do solo (SOUZA et al., 2005), principalmente em solos com elevados teores de argila. A compactação por pneus pode ser superficial, provocada pela pressão de ar nos pneus e subsuperficial, provocada pelo peso por eixo dos tratores, colhedoras e máquinas agrícolas (HAKANSSON; VOORHEES, 1997). Os mesmos pesquisadores inferiram que a profundidade máxima de efeito da compactação imposta por máquinas e implementos agrícolas, independentemente do tipo de solo e do peso do maquinário, não excede 0,5 m.
Constatações realizadas pelo staff da Coordenadoria de Defesa Agropecuária do estado de São Paulo indicam níveis elevados de compactação do solo nos canaviais paulistas, principalmente nos canaviais localizados sobre solos com textura média para arenosa (VISCHI FILHO, 2014). Mesmo com a utilização de subsoladores, que teoricamente promovem a descompactação desses solos, porque nem sempre essas operações são realizadas quando o teor de água no solo está adequado, comprometendo o sucesso da técnica utilizada. Após o preparo e o plantio, com as primeiras precipitações, ocorre o escoamento superficial pela diminuição da capacidade de infiltração das águas pluviais no solo adensado, causada
pelo selamento da camada superficial e a compactação da camada subsuperficial localizada a 0,25-0,30 m, na maioria dos casos. O perfil do solo compactado é evidenciado nos sulcos de erosão, mostrando claramente os sinais das hastes do subsolador e a pouca eficiência da operação realizada em desconformidade com o teor de água adequado.
Considerando que o desenvolvimento do setor sucroalcooleiro ocorra de maneira sustentável, é importante quantificar os níveis de pressão que podem ser aplicados aos solos para evitar a sua compactação, bem como identificar e quantificar os efeitos causados pelo manejo da cultura sobre o solo, de tal maneira que seja possível adaptar as atividades de forma condizente com o desenvolvimento sustentável para o setor.
2.3. Qualidade física do solo
Qualidade física do solo pode ser definida como a capacidade do solo em promover ao sistema radicular das plantas condição favorável ao desenvolvimento. As condições favoráveis na zona radicular estão relacionadas com a estrutura do solo e são determinadas pela disponibilidade de água, aeração, temperatura e resistência que o solo oferece à penetração de raízes. No que diz respeito à funcionalidade, a estrutura do solo ideal é aquela que permite uma grande área de contato entre as raízes e o solo, apresentando espaço poroso suficiente para movimentação de água e difusão de gases, além da resistência do solo à penetração não ser impeditiva ao crescimento de raízes.
Estudando o valor crítico de porosidade de aeração, Cook e Knight (2003) concluíram que a porosidade de aeração, não pode ser relacionada a um valor crítico, como a taxa de difusão de oxigênio e mesmo a concentração de oxigênio. Os resultados mostram que é muito pouco provável que exista um atributo crítico universal relacionado com o arejamento do solo e a porosidade de aeração precisa ser medida.
Segundo Dexter (1988) normalmente a porosidade de aeração deve ser de pelo menos 10 m3 m-3 do volume do solo, na capacidade de campo, considerado requisito mínimo para o desenvolvimento da planta. Silva et al. (1994) avaliaram que a porosidade de aeração crítica de 10%, necessária para uma adequada difusão de oxigênio no solo, tem sido adotada como referência mínima para o desenvolvimento das raízes das plantas, e não há resultados que
indiquem valores mais consistentes, apesar de ser esta a variação que é tolerada entre diferentes espécies de plantas.
Estudos desenvolvidos por Kopi e Douglas (1991) associam as condições físicas ideais para o crescimento de plantas com uma porosidade de aeração mínima de 0,10 m3 m-3, o valor de 2,0 MPa como um limite de resistência do solo à penetração para o crescimento de raízes (SILVA et al., 1994; TORMENA et al., 1998) e parte aérea das plantas, além de uma ampla disponibilidade de água no solo, conteúdo de água compreendido entre 0,08 MPa, que é a capacidade de campo, e 1,5 MPa, que é o ponto de murcha permanente para solos de textura arenosa, ou 0,01 MPa, que é a capacidade de campo, e 1,5 MPa, ponto de murcha permanente para solos com textura argilosa.
Os pesquisadores Martino e Shaykewich (1994) avaliaram os efeitos de sistemas de preparo do solo nos atributos resistência do solo à penetração, densidade do solo e distribuição e tamanho dos poros, sob as culturas do trigo e cevada, nos sistemas de manejo, plantio direto e preparo convencional, em solos argilosos e solos com textura média, no Canadá. A resistência do solo crítica à penetração das raízes foi determinada como sendo de 2,0 MPa, independente do tipo de solo, mas na maioria das situações as raízes foram capazes de crescer no solo com resistência mecânica acima de 2,0 MPa.
Estudando densidade do solo e porosidade de aeração, Archer e Smith (1972) e Silva et
al. (1994) inferiram que, com o aumento da densidade do solo, a porosidade de aeração
diminui de forma progressiva e com o aumento na densidade do solo, ocorrem, simultaneamente, um aumento na resistência do solo à penetração e um decréscimo na porosidade de aeração.
Conforme Neves et al. (2003) que estudaram diferentes usos e manejos, incluindo culturas anuais, pomares e florestas naturais no estado do Paraná, em Latossolos argilosos, submetidos aos tratamentos: não compactado, compactado e em processo de compactação. As áreas com os solos compactados e em processo de compactação correspondeu aos valores de densidade de solo de 1,42 e 1,33 Mg m-3, que foram significativamente maiores do que o valor de 1,18 Mg m-3 obtido para a densidade do solo em área não compactada. A porosidade total do solo compactado e em processo de compactação foi 0,49 e 0,52 m3 m-3, respectivamente. Esses valores foram menores do que o valor obtido para o solo não compactado de 0,60 m3 m-3.
A adoção de técnicas como a adubação, a irrigação e de diferentes práticas de manejo têm sido utilizadas no intuito de se obter incremento da produtividade. Entretanto, estes fatores podem originar uma série de alterações físicas no solo (LIMA et al., 2005). Diversos tipos de solos vêm perdendo a sua qualidade física em decorrencia dos processos de compactação a que estão sendo expostos. A compactação do solo destaca-se no mundo como um dos fatores que tem limitado a qualidade física de terras agrícolas e a obtenção de menores índices de produtividade (SILVA et al., 1994; SOUZA et al., 2012a).
Dentre os atributos físicos utilizados para avaliar a qualidade física do solo, a resistência do solo à penetração tem sido atualmente priorizada para avaliar sistemas de uso e manejo, por ser um atributo diretamente relacionado ao crescimento das plantas e de fácil e rápida determinação (STONE et al., 2002; LIMA et al., 2006; MOLIN et al., 2012). Ainda, a resistência do solo à penetração apresenta maiores correlações com o crescimento radicular, destacando-se como a melhor estimativa do impedimento mecânico ao crescimento radicular (LIMA et al., 2006) e como um indicador sensível à compactação do solo (TORMENA; ROLOFF, 1996).
A densidade do solo é um forte indicador da qualidade física do solo (DIAS JÚNIOR, 2000). As causas naturais das alterações na densidade do solo são difíceis de serem definidas e avaliadas, agindo lentamente no solo, como por exemplo, a eluviação de argilas. As antrópicas que são as forças mecânicas originadas da pressão causada pelos rodados das máquinas agrícolas e pela própria ação de implementos sobre o solo, são mais fáceis de serem avaliadas e atuam como indicadores da qualidade física do solo (SILVA et al., 1994; SOUZA
et al., 2012a).
Avaliações da qualidade física do solo podem ser feitas por meio de determinações indiretas que avaliam a quantidade de agregados estáveis em água (SILVA et al., 2000b). Métodos que quantifiquem e qualifiquem as condições estruturais são importantes para avaliar a qualidade do solo. Ceddia et al. (1999), estudando sistemas de colheita da cana-de-açúcar e alterações de atributos físicos, observaram no sistema cana queimada a degradação dos atributos do solo evidenciada pela redução do diâmetro médio ponderado dos agregados estáveis e pelo aumento da densidade do solo. Mendes et al. (2006) utilizaram indicadores físicos do solo para avaliar a recuperação de áreas impactadas em solos com várias classes
texturais e no solo com 370 g kg-1 de argila; verificaram valores de diâmetro médio ponderado e diâmetro médio geométrico, respectivamente de 1,89 e 1,23 mm.
Estudando os atributos físicos do solo e sua relação com o manejo de um Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico e argiloso, Wendling et al. (2012) encontraram para o sistema com plantio direto, diâmetro médio ponderado de 0,98 mm na camada de 0,00-0,10 m e 0,79 mm na camada 0,10-0,20 m e diâmetro médio geométrico de 0,59 mm e 0,50 mm para as mesmas camadas. Para agregados estáveis, 73% na camada 0,00-0,10 m e 68% na 0,10-0,20 m e índice de estabilidade de agregados de 15% (0,00-0,10 m) e 9% na camada de 0,10-0,20 m, mas na mata natural o IEA foi de 72% e 54% nas respectivas camadas. O carbono orgânico teve maiores valores observados na camada superficial em relação à camada de 0,10-0,20 m.
Avaliando a contribuição das práticas de manejo na recuperação dos agregados de um Argissolo Vermelho distrófico, fisicamente degradado, sob gramíneas e leguminosas, Vezzani e Mielniczuk (2011) inferiram que práticas de manejo sem revolvimento do solo, associadas à maior adição de carbono, aportado pelos sistemas de culturas por 15 a 17 anos, recuperaram a agregação do solo e o estoque de carbono próximo da condição original de campo nativo. A utilização de gramíneas perenes com sistema radicular denso promoveu, em 17 anos, a recuperação da proporção de macroagregados do solo. O estoque de carbono foi menor, evidenciando a ação eficiente do sistema radicular na recuperação da agregação de solos degradados.
Conforme resultados encontrados por Laurindo et al. (2009), que avaliaram a qualidade estrutural do solo nos sistemas plantio direto e cultivo mínimo, observaram aumento dos valores de carbono orgânico nas camadas de 0,00-0,05 e 0,05-0,10 m, e maior uniformidade do que nas camadas de 0,10-0,15 e 0,15-0,20 m. Os maiores teores de carbono orgânico foram no sistema com plantio direto, antes da semeadura do trigo. Na camada de 0,00-0,05 m houve maior variação de valores de carbono orgânico, nas camadas superficiais, que podem ser explicados pelas quantidades de carbono e nitrogênio existentes nos resíduos orgânicos, mantidos na superfície do solo por longo período e o acúmulo de matéria orgânica e a redução do tráfego de máquinas, que contribuiram para diminuir a densidade do solo no sistema plantio direto. Wenddling et al. 2012 observaram maiores terores de carbono orgânico na camada de 0,00-0,10 m em relação à camada de 0,10-0,20 m.
Avaliando o teor de carbono orgânico em dois sistemas de manejo, Calegari et al. (2006) inferiram que no sistema convencional, devido ao contínuo revolvimento e incorporação dos resíduos vegetais, ocorreu uma maior desagregação das partículas e aceleração no processo de mineralização da matéria orgânica tendo como consequência menores valores de carbono orgânico, principalmente na camada superficial do solo.
A qualidade dos atributos físicos do solo quanto à sua estrutura pode ser melhorada pelo manejo e pela adição de matérial orgânico, simplesmente com a manutenção da palhada sobre o solo, após a colheita mecanizada. Segundo Silva et al. (2000a) devido à maior quantidade de matérial orgânico e atividade biológica na superfície, proporcionados pela adoção do plantio direto, a estrutura de solos pode ser mais favorável ao crescimento e desenvolvimento de plantas do que em solos cultivados convencionalmente.
A utilização de controle de tráfego com piloto automático que na usina São Martinho já atingiu 100% das operações agrícolas, pode contribuir para a melhoria da qualidade de uso do solo e da qualidade estrutural desse solo.
2.4. Intervalo hídrico ótimo
Na tentativa de integrar e simplificar o monitoramento da qualidade física do solo, Silva
et al. (1994) propuseram o “Least Limiting Water Range” (LLWR) (LETEY, 1985) como um
indicador da qualidade estrutural do solo para a produtividade das culturas. Esse indicador integra o efeito do potencial matricial, aeração e resistência do solo à penetração das raízes num único atributo, possibilitando estabelecer as condições de umidade do solo limitantes ao crescimento das plantas. A designação “Least Limiting Water Range” foi traduzida para o português e empregada como Intervalo Hídrico Ótimo (IHO) por Tormena et al. (1998).
As condições ideais de umidade para o desenvolvimento do sistema radicular e consequentemente, crescimento das plantas ocorrem entre o limite superior e inferior do IHO. Segundo Silva e Kay (1997), os sistemas de manejo que permitem um IHO mais amplo terão menor probabilidade de redução da produtividade das plantas por deficiência hídrica. O teor de carbono orgânico e a densidade do solo variam com as práticas de manejo e alteram o IHO conforme Silva e Kay (1996).
O solo apresenta condições limitantes para os atributos: conteúdo de água retido, porosidade mínima de aeração e resistência à penetração das raízes, quando o teor de água fica acima ou abaixo dos limites do intervalo hídrico ótimo, críticas ao crescimento das plantas quando a densidade do solo estiver acima da densidade onde o IHO é nulo (SILVA; KAY, 1996). Mesmo quando a resistência do solo à penetração, limitar o crescimento das plantas em conteúdos de água superiores ao ponto de murcha permanente, as alterações na estrutura do solo não foram suficientes para provocar redução do IHO, quando as densidades do solo ficaram abaixo de 1,54 Mg m-3 (SEVERIANO et al., 2008).
Reduções na amplitude do IHO são ocasionadas pela degradação estrutural do solo (TORMENA et al., 2007; LIMA et al., 2012), produzindo condições que limitam o desenvolvimento da cultura, como é o caso da compactação do solo, a diminuição da porosidade total, que tem reflexos negativos na produtividade agrícola (KAISER et al., 2009; BLAINSKI et al., 2012). Conforme IMHOFF et al. (2001) o intervalo hídrico ótimo diminui com o aumento da densidade do solo e demonstra ser um indicador mais sensível que a água disponível para a detecção das alterações da qualidade física do solo. Um aumento do intervalo hídrico ótimo na camada superficial de um Argissolo Amarelo, ocasionado pelo manejo na cultura da cana-de-açúcar, foi observado por Pacheco e Cantalice (2011), indicando que um bom manejo da cultura melhora a qualidade estrutural dos solos.
Segundo Leão et al. (2004), à medida que o IHO se torna mais estreito aumenta a probabilidade disso afetar o crescimento das plantas, pelo fato de o conteúdo de água no solo atingir valores inadequados à produção. Segundo Lapen et al. (2004), que avaliaram o IHO em cultivo de milho, quando a compactação atinge níveis excessivos, a aeração se torna deficiente sob elevados conteúdos de água e a resistência do solo à penetração pode restringir o crescimento das plantas com o secamento do solo.
O IHO é determinado a partir dos limites críticos para os seguintes indicadores de qualidade física do solo: conteúdo de água retido na capacidade de campo a 0,08 MPa para solos textura arenosa e 0,01 MPa para textura argilosa (θCC); conteúdo de água retido no
ponto de murcha permanente a 1,5 MPa (θPMP); porosidade de aeração mínima de10% ou 0,10
m3 m-3 (θPA); e conteúdo de água em que a resistência do solo à penetração atinge valores de
2,0 a 3,5 MPa, dependentes da cultura e sistema de manejo de solo (SILVA et al., 1994; TORMENA et al., 2007). Guimarães et al. (2013), que estudaram IHO em Latossolo
Vermelho distrófico, verificaram que a porosidade de aeração não foi limitante para os solos avaliados e que a porosidade de aeração diminuiu com o aumento da densidade do solo e a densidade crítica foi maior ou igual a 1,80 Mg m-3. Beutler e Centurion (2003) assumiram como limitante o índice de cone (IC) de 2,0 MPa e Tormena et al. (2007) considera IC de 3,5 MPa como limitante.
Segundo SÁ et al. (2007), que avaliaram a cultura do feijão em sistema de sequeiro e irrigado, nos manejos, plantio direto e convencional, quando é considerado o valor de 3,5 MPa como limitante, o IHO passa a ter como limite inferior o ponto de murcha permanente. Em densidades do solo inferiores a 1,01 Mg m-3 e a partir desse valor de densidade crítica do solo, a resistência do solo à penetração passa a ser o limite inferior, crítico, de IHO para sistemas de cultivo "sequeiro". Acima da densidade de 1,19 Mg m-3, a resistência do solo à penetração passa a limitar também os sistemas irrigados.
Conforme Souza (2012), que avaliou o controle de tráfego e seus efeitos nos atributos de um Latossolo Vermelho distrófico sob cana-de-açúcar, o intervalo hídrico ótimo apresentou relação positiva com a densidade do solo (Ds) até 0,97 Mg m-3 para a resistência do solo à penetração (RP) limitante de 2,0 MPa, Ds de 1,01 Mg m-3 para a RP de 2,5 MPa, Ds de 1,05 Mg m-3 para a RP de 3,0 MPa e Ds de 1,08 Mg m-3 para a RP de 3,5 MPa, e negativa para maiores valores, apresentando IHO igual a zero para as densidades do solo de 1,17, 1,22, 1,26 e 1,29 Mg m-3.
Estudando o controle de tráfego em Latossolo Vermelho distrófico sob cana-de-açúcar, Roque et al. (2011), verificaram que os valores de resistência do solo à penetração (RP) aumentam com a densidade do solo, e para manter a RP de 2,0 MPa foi necessário um aumento do teor de água do solo. Para os três manejos estudados: piloto automático, controle de tráfego e testemunha, encontrou as densidades do solo críticas de 1,17, 1,18 e 1,11 Mg m-3, respectivamente, e em todos os tratamentos, o intervalo hídrico ótimo teve a resistência do solo à penetração como limite inferior.
Conforme, Araújo et al. (2013), que estudaram sistemas de colheita e intervalo hídrico ótimo em Latossolo Vermelho sob cana-de-açúcar, observaram que, na área sob colheita mecanizada, a densidade do solo crítica, em que o IHO é nulo, foi de 1,39 Mg m-3 e a média da densidade do solo encontrada na área de estudo foi de 1,20 Mg m-3, na profundidade de 0,00-0,10 m e, de 1,30 Mg m-3, para as profundidades de 0,10-0,20 m e 0,20-0,30 m e nessas
condições, a θRP encontrou-se acima do limite crítico relatado pela literatura, que é de 2,0
MPa. Nas duas áreas avaliadas, a resistência do solo à penetração foi o limite inferior do intervalo hídrico ótimo que teve como limites superiores a θCC e a porosidade de aeração θPA.
Segundo informações de Wu et al. (2003), para se realizar o cálculo do IHO podem ser quatro as possibilidades e que dependem dos valores dos quatro atributos: quantidade de água na porosidade de aeração, na capacidade de campo, na resistência do solo à penetração e quantidade de água no ponto de murcha permanente e as possibilidades são: se (θPA ≥ θCC) e
(θRP ≤ θPMP), então o IHO = θCC – θPMP; se (θPA ≥ θCC) e (θRP ≥ θPMP), o IHO = θCC – θRP; se
(θPA ≤ θCC) e (θRP ≤ θPMP), o IHO = θPA – θPMP; e se (θPA ≤ θCC) e (θRP ≥ θPMP) o IHO = θPA –
θRP.
Estudando dois tipos de solo, Silva et al. (1994) encontraram valores de IHO variando de 0 a 0,14 m3 m-3 em solo hidromórfico siltoso, na densidade do solo (Ds) de 1,36 Mg m-3 e 0,05 a 0,13 m3 m-3 na Ds de 1,43 Mg m-3 em solo textura média, ambos para a resistência do solo à penetração de 2,0 MPa. Avaliando o IHO em solos de clima temperado com diferentes classes texturais e condições de manejo Topp et al. (1994) e Silva e Kay (1997) concluíram que o IHO é negativamente correlacionado com o teor de argila e densidade dos solos e a amplitude do IHO vai depender da estrutura e textura do solo.
Como sugestão de Imhoff et al. (2001), que expressam a carência de estudos que relacionem o indicador de qualidade estrutural do solo para o crescimento das plantas (IHO) e o indicador de capacidade de suporte do solo (σp), o presente estudo visou, entre outros, associar o intervalo hídrico ótimo, dos latossolos avaliados com a capacidade de suporte de carga dos mesmos e ainda, conhecer as áreas de contato e respectivas pressões de contato dos rodados com o solo e com os resultados fornecer parâmetros para as tomadas de decisão de entrada de maquinários nas áreas agrícolas sem causar a degradação estrutural do solo.
2.5. Capacidade de suporte de carga
O setor sucroenergético está extremamente avançado em termos de mecanização agrícola, do plantio à colheita, e os equipamentos utilizados para realizar as operações agrícolas requerem máquinas modernas e versáteis que possam realizar as suas funções com
