Sensor de medidas elétricas e sua correlação com a textura do solo
Victor George Celinski1, Rafael Weckerlin 2, Guilherme Matheus Biscaia1
1
Departamento de Informática, Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, Paraná, Brasil, vgcelinski@uepg.br, gmbiscaia@hotmail.com.br
2
Departamento de Informática, Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, Paraná, Brasil, rafael-pg@hotmail.com
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo o estudo da agricultura de precisão, buscando alternativas de baixo custo. Devido aos grandes impactos ambientais que o manejo incorreto causa ao solo, a definição de áreas de produção utilizando ferramentas como sensores de condutividade elétrica do solo ajudam a realizar uma análise mais rápida do tipo do solo e auxiliaram na decisão a ser tomada para correção do solo. Para as leituras da resistência e capacitância elétrica do solo, foi utilizado o sensor da Octopus Soil Humidity modificado, com os multímetros digital e analógico. A partir das leituras, foram realizadas correlações com os atributos do solo (areia, silte, argila). Os resultados se mostraram satisfatórios principalmente com a utilização do multímetro analógico, que mostrou uma forte correlação da leitura de resistência elétrica com os atributos solo, areia e argila.
PALAVRAS-CHAVE: Atributos do Solo, Condutividade Elétrica, Correção do Solo.
ABSTRACT
This work aims to study the precision agriculture, seeking low-cost alternatives. Due to major environmental impacts that mismanagement causes the ground, the definition of production areas using tools such as electrical conductivity sensor soil help perform faster analysis of soil type and assist in the decision to be taken for soil correction. For the determination of strength and electrical ground capacitance, it was used of the Octopus Soil Humidity sensor modified with multimeters digital and analogue. From the readings, were performed correlations with the attributes of soil (sand, silt, clay). The results were particularly satisfactory with the use of the analog meter, which showed a strong correlation between the electrical resistance reading with sand and clay soil attributes.
KEYWORDS: Soil Attributes, Electrical Conductivity, Soil Correction.
INTRODUÇÃO
A variabilidade espacial dos atributos do solo, a produtividade, a fertilidade, a condutividade elétrica e outros fatores podem ser medidos e registrados e o conhecimento destes dados pode ser usado para tomar decisões nas aplicações químicas em cada ponto da área cultivada, e não mais pela média simples da área total.
Para Grego et al. (2006), a investigação de possíveis causas da variabilidade espacial encontrada nos resultados de produtividade das culturas tem sido atribuída aos fatores de solo, como as propriedades físicas e químicas. Entretanto, estas são obtidas por amostragens que, na maioria, exigem alta demanda de mão-de-obra, de tempo e de custo. A condutividade elétrica do solo tem chamado a atenção, principalmente, por ser obtida através de métodos eficientes e rápidos como pelos sensores de contato direto com o solo. Também na pesquisa de Barreto et al. (2012), verificaram que os sais presentes na solução do solo podem ser avaliados pela condutividade elétrica do solo. Entretanto, estas são obtidas por amostragens analisadas em laboratório que, na maioria, exigem alta demanda de mão-de-obra, tempo e custo.
Os diversos sistemas de medição das características do solo são baseados em circuitos elétricos e usados para determinar a habilidade de determinados meios de conduzir ou acumular a carga elétrica. Se o solo for usado como tal meio, suas características físicas e químicas podem afetar o comportamento do circuito e, assim, os parâmetros elétricos medidos Adamchuka (2004). A medida de condutividade elétrica aparente do solo vem sendo muito usada e se tornando uma importante ferramenta para a prévia avaliação da área a ser estudada, facilitando as definições das zonas de manejo conforme Rabello et al. (2014). Salton et al. (2011), verificaram que as utilizações das medidas de condutividade elétrica do solo poderão auxiliar a identificação e delimitação de áreas homogêneas do solo com prévio conhecimento do histórico de manejo da área.
Oliveira e Benites (2011) realizaram uma pesquisa sobre a variabilidade do solo como uma oportunidade da agricultura de precisão, tendo como objetivo caracterizar a variabilidade espacial por técnicas quantitativas e com isso obter informações que ajudem nas decisões para ter um sistema produtivo. No estudo, eles ainda ressaltam que a condutividade elétrica do solo é uma ferramenta importante na interpretação da variação espacial terreno e no suporte a esquemas otimizados de amostragem do solo.
Para Cruz et al. (2014) o conhecimento dos níveis de condutividade elétrica do solo, determinada sem limitação de densidade amostral, permite correlacionar com outros parâmetros do solo onde sua variação espacial e temporal pode ser atribuída às variações de umidade, teor de argila, de sais dissolvidos no solo, matéria orgânica, entre outros. Rocha et al. (2011), mostraram em sua pesquisa o potencial da utilização de um medidor portátil de condutividade elétrica do solo como ferramenta auxiliar na caracterização dos solos.
Como a medida elétrica do solo realizada com sensores de contato direto com solo tem sido utilizada como variáveis que se correlacionam com as características do solo, os objetivos da pesquisa foram modificar eletricamente o sensor Octopus Soil Humidity utilizado comercialmente para medidas de umidade do solo, adaptar, avaliar seu desempenho e verificar a correlação entre as leituras de resistência e capacitância elétrica do solo utilizando o sensor modificado com alguns atributos físicos do solo (areia, silte e argila).
MATERIAL E MÉTODOS
O sensor da Octopus Soil Humidity utilizado comercialmente para medidas de umidade do solo foi modificado eletricamente para atender a metodologia proposta para o desenvolvimento do trabalho conforme a Figura 1.
Figura 1- Sensor de Umidade Octopus modificado
Fonte: (OS AUTORES, 2015).
Na sua forma padrão, este sensor utiliza as duas sondas para passar corrente elétrica através do solo e, em seguida, ler a tensão do solo para obter o nível de umidade. É um sensor simples, de baixo custo e eficiente do tipo resistivo. Para que esse sensor fosse usado para leitura da resistência e capacitância elétrica do solo, foi necessária uma adaptação no circuito elétrico do mesmo. As duas hastes foram ligadas diretamente na saída do sensor, onde cada
face do sensor (frente e verso) representa uma polaridade (positivo e negativo) do circuito elétrico do sistema.
A coleta de amostras do solo foi realizada em uma gleba da Fazenda Capão da Onça, pertencente à Universidade Estadual de Ponta Grossa, numa área de plantio direto com aproximadamente 3hectares, totalizando 30 amostras. A distância entre as amostras não foi exatamente igual, mas a posição relativa de cada amostra foi georreferenciada.
Para analisar a correlação entre as leituras de resistência e capacitância elétricas obtidas pelo sensor com os atributos físicos do solo, foram utilizados os resultados das amostras do solo analisados em laboratório. Uma parte das amostras foi utilizada para realizar os testes com o sensor no Laboratório de Eletrônica da Universidade Estadual de Ponta Grossa, e a outra parte das amostras de solo foram analisados os teores de areia, silte e argila no Laboratório de Física do Solo da FCA-UNESP.
Os instrumentos de medidas para medir a resistência e capacitância elétrica das amostras do solo foram utilizados: um multímetro analógico marca Minipa, modelo ET-2022 selecionado para operar como ohmímetro, e para medir a capacitância elétrica das amostras do solo foi utilizado um multímetro digital marca CIE, modelo 5175XL selecionado para operar como capacímetro, conforme a Figura 2.
Figura 2 - Medição da Resistência e Capacitância Elétrica
Fonte: (OS AUTORES, 2015)
Os coeficientes de correlação entre os dados envolvidos no estudo são apresentados nas tabelas abaixo. Estas tabelas referem-se à correlação entre resistência e capacitância elétrica e os atributos do solo: teores de areia, silte e argila utilizando o multímetro analógico para medir resistência elétrica e multímetro digital para medir capacitância elétrica do solo. Na tabela 1 são mostradas as correlações entre resistência elétrica e os atributos do solo: teores de areia, silte e argila utilizando multímetro analógico.
Tabela 1 - Coeficientes de correlação da resistência elétrica em relação aos atributos do solo, utilizando multímetro analógico.
Areia Silte Argila
Correlação de Pearson 0,25 0,10 0,27
Correlação - Linha tendência Polinomial/regressão 3ª Ordem 0,77 0,36 0,81 Correlação - Linha tendência Polinomial/regressão 6ª Ordem 0,86 0,42 0,85
Na Tabela 2 são apresentadas as correlações entre capacitância elétrica e os atributos do solo: teores de areia, silte e argila utilizando o multímetro digital.
Tabela 2 - Coeficientes de correlação da capacitância elétrica em relação aos atributos do solo utilizando multímetro digital.
Areia Silte Argila
Correlação de Pearson 0,10 0,22 0,06
Correlação - Linha tendência Polinomial/regressão 3ª Ordem 0,40 0,42 0,39 Correlação - Linha tendência Polinomial/regressão 6ª Ordem 0,59 0,52 0,59
A análise de correlação dos dados foi calculada utilizando o programa Microsoft Office Excel 2007. Podemos observar que os resultados de correlação que demonstraram uma forte correlação com areia e argila foram obtidos com o multímetro analógico. Em pesquisa realizada por Mccutcheon et al. (2006), também se verificou o que foi observado no estudo em referência. Ou seja, os resultados mostraram que as propriedades do solo medidas, tais como areia e argila, tiveram respostas quase iguais, fortes correlações com a resistência elétrica do solo. Celinski e Zimbach (2007) também usando um sensor de resistência elétrica por contato com multímetro analógico verificaram valores de correlação com areia, silte e argila, respectivamente, (0,63), (0,42) e (0,58), resultados próximos ao trabalho em questão. Também se pode verificar, na literatura, que a condutividade elétrica medida por sensor de contato reflete adequadamente a variação nos teores de argila do solo sob plantio
direto, para uso na definição de zonas de manejo Machado et al. (2006). Também Morari et
al. (2009), verificaram em sua pesquisa existir uma dependência espacial entre a condutividade elétrica do solo e as propriedades físicas do mesmo. Lezzi (2008), em seu trabalho, testou a aplicabilidade do sensor de resistividade elétrica do solo em campo, e os
resultados evidenciaram que o sensor pode ser aplicado para medida de resistividade elétrica do solo, porém, seu uso deve se limitar à avaliação de áreas onde o solo é mais arenoso e pouco compactado. Também na pesquisa realizada por Rabello et al. (2014), verificaram que a utilização do método da condutividade elétrica do solo através de ferramentas como as utilizadas nesta pesquisa, visando à agricultura de precisão podem proporcionar um método rápido e eficaz no levantamento de dados do solo.
CONCLUSÕES
O sensor Octopus Soil Humidity modificado eletricamente demonstrou capacidade para medir a variação da resistência e capacitância elétrica do solo. A resistência elétrica do solo medida pelo multímetro analógico correlacionou-se fortemente com os teores de argila e areia e moderadamente com o teor de silte. Usando o multímetro digital, a capacitância elétrica do solo correlacionou-se fracamente com os teores de areia, silte e argila. Assim foi verificada a possibilidade de uso somente do sensor utilizando o multímetro analógico correlacionando-se com a resistência elétrica do solo para verificar a textura do solo em áreas não homogêneas.
REFERÊNCIAS
ADAMCHUK, V. I.; HUMMEL, J. W.; MORGAN, M. T.; UPADHYAYA, S. K. On –the-go soil sensors for precision agriculture. Computers and Electronics in Agriculture, v. 44, p. 71-91, 2004.
BARRETO, H. B. F.; AMARAL JUNIOR, V. P.; LIRA, J. F. B.; MAIA, F. E. N;
MIRANADA, N. O. Distribuição espacial do pH e condutividade elétrica em um solo aluvial no Rio Grande do Norte. Revista Agropecuária Científica no Semiárido, vol. 8, n. 1, p.28-33, 2012.
CELINSKI, V. G.; ZIMBACK, C. R. Avaliação de um sensor de resistência elétrica e sua correlação com atributos do solo. In: 6º. CONGRESSO BRASILEIRO DE
AGROINFORMÁTICA. Anais...São Pedro, SP, 2007.
CRUZ, L. E. C.; FILIPPINI, J. M.; PILLON, C. N.Condutividade elétrica aparente e sua correlação com o conteúdo de carbono orgânico total do solo em um agrosistema de arroz irrigado. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE INSTRUMENTAÇÃO AGROPECUÁRIA, 2014, São Carlos, SP. Anais... São Carlos: Embrapa Instrumentação, 2014. p. 97- 100.
GREGO, C. R.; VIEIRA, S. R.; MOLIN, J. P.; MIGUEL, F. R. M.; PAVLU, F. A. Variabilidade espacial da condutividade elétrica do solo e da produtividade da mamona (Ricinus communis L.) no sistema de plantio direto. In: 2º. CONGRESSO BRASILEIRO DE AGRICULTURA DE PRECISÃO. Anais… São Pedro, SP, 2006.
LEZZI, P. B. T. Teste de aplicabilidade de sonda de eletrorresistividade na avaliação de salinização secundária de solos. 2008. Dissertação (Mestrado) – Instituto de Geociências, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2008.
MACHADO, P. L. O.; BERNARDI, A. C. C.; VALENCIA, L. I. O.; MOLIN, J. P.;
GIMENEZ, L. M.; SILVA, C. A.; ANDRADE, A. G. de.; MADARI, B. E.; MEIRELLES, M. S. P. Mapeamento da condutividade elétrica e relação com a argila de Latossolo sob plantio direto. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, v. 41, n. 6, p. 1023-1031, jun. 2006 MCCUTCHEON, M. C.; FARAHANI, H.; STEDNICK, J. D.; BUCHLETTER, G. W.; Green, T. R. Effect of soil water on apparent soil electrical conductivity and texture relationships in a dryland field. Biosystems Engineering, v. 94, n. 1, p. 19-32, 2006. MORARI, F.; CASTRIGNANO, A.; PAGLIARIN, C. Application of multivariate
geostatistics in delineating management zones within a gravelly vineyard using geo-electrical sensors. Computers and Electronics in Agriculture, Volume 68, Issue 1, Pages 97-107, 2009. OLIVEIRA, R. P.; BENITES, V. M. Variabilidade do solo como indicador da oportunidade da agricultura de precisão em sistema de plantio direto. In: INAMASU, R. Y.; NAIME, J. M.; RESENDE, A. V.; BASSOI, L. H.; BERNARDI, A. C. C. (Ed.). Agricultura de precisão: um novo olhar. São Carlos: Embrapa Instrumentação, 2011. p. 194-200.
RABELLO, L. M.; INAMASU, R. Y.; BERNARDI, A. C. Equipamento de medida de condutividade elétrica aparente do solo. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE
INSTRUMENTAÇÃO AGROPECUÁRIA, 2014, São Carlos, SP. Anais... São Carlos: Embrapa Instrumentação, 2014. p. 41- 44.
RABELLO, L. M.; BERNARDI, A. C.; INAMUSSU, R. Y. Condutividade elétrica aparente do Solo. In: INAMASU, R. Y.; NAIME, J. M.; RESENDE, A. V.; BASSOI, L. H.;
BERNARDI, A. C. (Ed.). Agricultura de precisão: resultados de um novo olhar. São Carlos: Embrapa Instrumentação, 2014. p. 48-54
ROCHA, M. G.; NASCIMENTO, P. S.; COSTA, B. R. S.; SILVA, J. A.; BASSOI, L. H.; RABELLO, L. M. Mapeamento da condutividade elétrica aparente do solo com sensor portátil em um argissolo no semiárido. In: XXXIII CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO. Anais... Center Convention, Uberlândia, MG, 2011.
SALTON, J. C.; TOMAZI, M.; COMUNELLO, E.; ZANATTA, J. A.; RABELLO, L. Condutividade elétrica e atributos físicos e químicos de um Latossolo após 15 anos sob sistemas de manejo em Mato Grosso do Sul. IN: Agricultura de Precisão: um novo olhar. São Carlos: Embrapa Instrumentação, 2011. P. 254-260.
