Plantas de cobertura de inverno e a variação espacial e temporal da resistência do solo a penetração

Antônio Luis Santi1, Geomar Mateus Corassa2,Telmo Jorge Carneiro Amado3,Ezequiel Koppe4, Altamir Mateus Bertollo5, Diego Ricardo Menegol5,Diego Armando Amaro da Silva2 e Vanderlei Rodrigues da Silva11Engº Agrônomo, Doutor, Professor do Departamento de Ciências Agronômicas e Ambientais, UFSM - Frederico Westphalen – RS, Brasil.2Engº Agrônomo, Mestrando do Programa de Pós Graduação em Agronomia, Agricultura e Ambiente, UFSM - Frederico Westphalen – RS, Brasil.3Engº Agrônomo, Doutor, Professor do Departamento de Solos, UFSM – Santa Maria – RS, Brasil.4Engº Agrônomo, Doutorando do Programa de Pós Graduação em Ciência do solo, UFSM – Santa Maria – RS, Brasil.5Engº Agrônomo, Doutorando do Programa de Pós Graduação em Ciência do solo, UFRGS – Porto Alegre – RS, Brasil.

Introdução

A adoção do sistema plantio direto (SPD) no Brasil proporcionou inúmeras melhorias ao ambiente agrícola, principalmente no que diz respeito à conservação do solo, água e a produtividade das culturas (Santi et al., 2014). No entanto, mesmo com a adoção do SPD, o uso incorreto do solo, muitas vezes associado ao intenso tráfego de máquinas, tem acarretado o aumento do grau de compactação do solo (Collares et al., 2006) a qual é caracterizada pela redução do seu volume quando uma determinada pressão externa é aplicada (Lima et al., 2004). A compactação ocasiona a redução da porosidade total do solo, com diminuição no volume de macroporos e incremento no volume de microporos (Reinert et al., 2007). Segundo Strudley et al. (2008) a compactação do solo apresenta relação direta com o bom desenvolvimento das culturas.

Dentre os atributos físicos que se correlacionam com a compactação do solo, a resistência do solo à penetração (RP) tem sido um dos mais utilizados, pelo fato de ser uma avaliação ágil, sendo determinada para a quantificação do grau de qualidade estrutural adequada ao crescimento de plantas em lavouras cultivadas sob SPD (De Vita et al., 2007). A RP apresenta relação direta com fatores intrínsecos do solo como: a textura e a umidade do solo. Avaliações de RP permitem identificar ao longo do perfil do solo, quais são as camadas com maior grau de impedimento físico, as quais segundo Reinert et al. (2001) ocorrem principalmente entre 0,08 e 0,15 m de profundidade em SPD. A RP apresenta relação direta e determinante sobre o desenvolvimento das culturas, sendo que maiores valores de RP apresentam alta correlação com a menor elongação e produção de raízes o que reduz a capacidade do sistema radicular de absorver água e nutrientes e consequentemente reduz a capacidade produtiva das culturas (Foloni et al., 2006).

Por outro lado, em virtude da RP estar diretamente relacionada à umidade do solo, a mesma pode mudar rapidamente de uma possível condição limitante para outra não-limitante (Secco et al., 2009). Segundo Cunha et al. (2002) a condição de baixa umidade do solo resulta em maior RP, enquanto que o aumento da umidade, provoca a diminuição da RP, o que exige cuidados quanto a sua determinação a campo e, principalmente, sobre a tomada de decisão.

Neste sentido é cada vez maior o interesse pela quantificação dos efeitos da época de avaliação em função da condição de umidade do solo. Além disso, torna-se de fundamental importância verificar o potencial de diferentes culturas, capazes de influenciar ou reduzir os valores de RP no solo. Nicoloso et al. (2008) em estudos conduzidos em um Latossolo Vermelho distroférrico típico, constataram diminuição na RP quando da utilização do consórcio entre nabo forrageiro e aveia-preta. Kubota et al. (2005), também observaram aumento da macroporosidade e da porosidade total em áreas que receberam nabo forrageiro.

A utilização de plantas de cobertura eficientes, permite portanto, que sejam excluídas dos sistemas agrícolas o uso de técnicas não conservacionistas do solo, como por exemplo a escarificação, utilizada com o objetivo de reduzir a compactação do solo. Segundo Santi et al. (2014) a prática de escarificação do solo visando romper camadas compactadas em lavouras, não deve substituir um bom plano de rotação de culturas, com plantas capazes de contornar ou minimizar estes problemas através de seu sistema radicular. Assim, surge a necessidade de quantificar o efeito de sistemas de cobertura economicamente viáveis e compatíveis em planos de rotação de culturas sobre a RP. Segundo Lanzanova et al., (2010) Informações geradas a partir do uso de plantas de cobertura, tanto em cultivos solteiros ou consorciados apresentam-se como valiosas ferramentas, tanto para que sejam comprovados os efeitos de cada espécie, quanto para que sejam solucionados problemas físicos em áreas agrícolas utilizando apenas práticas conservacionistas.

Neste sentido, o trabalho teve por objetivo quantificar a resistência do solo a penetração em diferentes sistemas de plantas de cobertura de inverno e em diferentes épocas de avaliação.

Materiais e métodos

O trabalho foi desenvolvido em uma área experimental localizada nas coordenadas geográficas 27°23’42”S (latitude) 53°25’44”O (longitude) e pertencente a Universidade Federal de Santa Maria no município de Frederico Westphalen, região fisiográfica do Alto Uruguai no Estado do Rio Grande do Sul. O clima da região é subtropical do tipo Cfa segundo a classificação de Köppen, com precipitação pluvial anual entre 1.800 e 2.100 mm e temperatura média anual em torno 18 ºC (Nimer, 1990). O solo característico do local do experimento pertence à Unidade de Mapeamento Passo Fundo classificado como Latossolo Vermelho distrófico típico (Embrapa, 2006). A análise do solo, seguindo a metodologia da Embrapa (1997), apresentou as seguintes características físicas e químicas: 75% de argila; 18% de areia; 7% de silte; pH água de 5,5; 6,1 mg dm-3 de P (Mehlich-1); 103 mg dm-3 de K; 3,9 cmolc dm-3 de Ca; 2,1 cmolc dm-3 de Mg e 3,4% de matéria orgânica.

O trabalho constou da avaliação da resistência do solo a penetração (RP) em 10 diferentes sistemas de cobertura de inverno, implantados em parcelas de 5 x 20 m (100 m²). Os sistemas de cobertura utilizados foram: Aveia branca (Avena sativa L.); Aveia preta (Avena strigosa L.); Azevém (Lolium multiflorum L.); Nabo forrageiro (Raphanus sativus L.); Ervilhaca (Vicia sativa L.); Aveia preta + Nabo forrageiro + Ervilhaca; Aveia preta + Nabo forrageiro; Aveia preta + Ervilhaca; Tremoço branco (Lupinus albus L.) e Pousio. Os sistemas de cobertura de inverno vinham sendo conduzidos a dois anos e seguindo o esquema de rotação: sistemas de cobertura / Feijão / milho safrinha / sistemas de cobertura, sendo as avaliações determinadas ao fim do segundo ano de cultivo dos sistemas (setembro e outubro de 2012), até a profundidade de 0,40 m.

A RP foi determinada através de um penetrômetro digital marca Falker modelo PenetroLog PLG1020®, utilizando-se uma haste de 0,40 m, cone com diâmetro de 0,00794 m e ângulo de cone de 30°.

Para a determinação da RP, cada parcela contendo os sistemas de cobertura de inverno foi dividida em um grid amostral de 2,5 x 2,5 m (18 pontos amostrais por sistema), composto por 3 sub-repetições por ponto totalizando 540 avaliações na área em cada época estudada. As avaliações foram procedidas em três diferentes épocas, as quais foram distribuídas temporalmente em intervalos de aproximadamente duas semanas entre os meses de setembro e outubro de 2012 (Figura 1).

Figura 1. Distribuição pluviométrica diária ocorrida durante o período experimental e épocas em que foram realizadas as avaliações. Frederico Westphalen (RS).

A analise dos resultados foi procedida através da análise estatística descritiva, obtendo-se as medidas de posição (mínimo, média e máximo), dispersão (desvio padrão, coeficiente de variação, assimetria e curtose) e sendo avaliada a hipótese de normalidade pelo teste de Shapiro-Wilk (W) (Shapiro & Wilk, 1965). Para mensuração da dispersão espacial da RP existente em cada sistema, os valores de coeficiente de variação (CV) foram classificados segundo Warrick & Nielsen (1980), sendo: CV < 12 %, 12 % < CV < 60 % e CV > 60 %, considerados de baixa, média e alta variabilidade, respectivamente. As análises foram realizadas utilizando-se o programa computacional Statistical Analysis System – SAS 8.0. Para a espacialização dos resultados, foram gerados mapas temáticos de RP utilizando-se o software Surfer®. Foram confeccionados ainda, perfis verticais de RP para cada sistema de cobertura de inverno e para as diferentes épocas de avaliação.

Resultados e discussão

A partir dos resultados da análise estatística descritiva dos dados é possível evidenciar as diferenças obtidas para a RP tanto entre sistemas de cobertura do solo quanto entre as épocas de avaliação (Tabela 1, 2 e 3). Na primeira avaliação realizada em 04 de setembro os maiores valores de RP (em média), na camada de 0,00 – 0,10m, foram obtidos, respectivamente, nos sistemas que continham aveia branca (1.837,1 kPa), aveia preta (1.737,5 kPa) e pousio (1.464,1 kPa) enquanto que o valores mais inferiores foram obtidos nos sistemas AP+NF+ER (825 kPa), ervilhaca (921,12 kPa) e AP+NF (952,0 kPa) (Tabela 1).

Tabela 1. Análise estatística descritiva da resistência do solo a penetração na 1ª avaliação (04 de setembro) para os diferentes sistemas de cobertura do solo e nas diferentes profundidades.

Para a camada de 0,10 – 0,20m os dados seguiram uma tendência semelhante, sendo observados o maiores valores de RP no sistema pousio (7.131,2 kPa), enquanto que o valores mais inferiores foram obtidos novamente para os sistemas contendo AP+NF+ER (5057,1 kPa) e AP+NF (5193,0 kPa) (Tabela 1). Estes resultados evidenciam, portanto, que os sistemas de cobertura do solo que associem espécies vegetais de sistema radicular denso e vigoroso tendem a contribuir de forma mais significativa para a redução dos valores de RP, acarretados pela compactação do solo. Cabe salientar, no entanto, que para as condições de solo onde o estudo foi conduzido (indícios de elevada compactação) os valores de RP na camada de 0,10 – 0,20m, mesmo com a utilização de sistemas de cobertura, ficaram acima dos limites críticos estipulados pela literatura para Latossolo conduzidos sob sistema plantio direto, os quais variam de 2.000 kPa a 3.500 kPa (Lima et al., 2012, Moraes et al., 2014).

Este resultado indica que os cultivos instalados no local enfrentavam limitações ao crescimento do seu sistema radicular durante o seu período de desenvolvimento. Para a camada de 0,20 – 0,30m os maiores valores de RP foram observados nos sistemas pousio (8.133,0 kPa) e AP+ER (6.807,9 kPa) enquanto que os valores mais inferiores de RP foram observados em sistemas que possuíam o nabo forrageiro como planta de cobertura, sendo: nabo forrageiro (6.236,2 kPa), AP+NF+ER (6.786, 86 kPa) e AP+NF (6.807,9 kPa). Os sistema contendo somente nabo forrageiro foi responsável por apresentar ainda, os menores valores de RP na cama de 0,30 – 0,40m (5.838,5 kPa) (Tabela 1). Estes resultados demonstram que estes sistemas foram capazes de reduzir o valores de RP, contudo, o estado inicial de compactação do solo local resultou em valores bem acima dos limites críticos, considerados restritivos ao crescimento das plantas.

A 1ª Avaliação foi marcada por altos valores de coeficientes de variação na profundidade de 0,00 – 0,10m que foram superiores a 30% em todos os sistemas avaliados (média de 58% para todos os sistemas), evidenciando uma distribuição espacial desuniforme (Tabela 1). A maior dispersão foi obervada nos sistemas nabo forrageiro e ervilhaca, os quais foram classificados como de muito alta variabilidade (Warrick & Nielsen, 1980) e que juntamente com os sistemas AP+NF+ER, AP+NF e AP+ER apresentaram distribuição não normal dos dados, confirmada pelo teste de Shapiro-Wilk (W) (Shapiro & Wilk, 1965) (Tabela 1).

Os resultados demonstram que os sistemas que em média favoreceram a obtenção de menores valores de RP, logicamente contribuíram para o aumento da sua variação espacial. As demais profundidades avaliadas não evidenciaram tal dispersão, apresentando coeficientes de variação médios de 23% (0,10 – 0,20m), 15% (0,20 – 0,30m) e 16,5 % (0,30 – 0,40m), sendo que todos os sistemas apresentaram dados classificados como normais (Tabela 1).

Isso demonstra que a camada superficial, onde ocorre a maior concentração de raízes pelas plantas, é a que mais sofre influência e que os resultados observados nestas profundidades merecem muita atenção quando da sua interpretação, devendo sempre considerar o sistema de cultivo anterior, o qual interfere diretamente sobre os valores de RP e em maior grau na profundidade de 0,00 – 0,10m. Além disso, é importante ressaltar que em avaliações de RP em áreas de produção e que utilizam a média de um ponto amostral para representar uma área específica (como é o caso de amostragens em agricultura de precisão), preconizem a utilização de um número significativo de sub-amostras, o que torna o ponto representativo do local e evita interpretações equivocadas.

A 2º Avaliação, procedida 14 dias após a primeira, promoveu mudanças em relação aos dados da avaliação anterior, sendo que, o valor médio de coeficiente de variação obtidos para os sistemas na profundidade de 0,00 – 0,10m foi de 31,6% (Tabela 2). Nesta avaliação a dispersão dos dados foi bem abaixo em relação a condição imposta pela primeira avaliação, sendo os valores de coeficiente de variação considerados como de média variabilidade (Warrick & Nielsen, 1980).

Tabela 2. Análise estatística descritiva da resistência do solo a penetração na 2ª avaliação (18 de setembro) para os diferentes sistemas de cobertura do solo e nas diferentes profundidades. Frederico Westphalen (RS).

Ao se considerar o efeito de plantas de cobertura sobre a criação de poros biológicos, que apresentam altos benefícios e funcionalidades ao solo, este valores podem ser considerados dentro de um limite de aceitação. Para as demais profundidades avaliadas o coeficiente de variação foi de 14% (0,10 – 0,20m), 16% (0,20 – 0,30m) e 19% (0,30 – 0,40m) (Tabela 2).

Nesta 2ª avaliação, realizada 7 dias após um acumulado de aproximadamente 15mm de precipitação (Figura 1), os sistema de cobertura que apresentaram os maiores valores de RP na profundidade de 0,00 – 0,10m foram o pousio (3.382,9 kPa), azevém (3.363,2 kPa) e ervilhaca (3.957,2 kPa) enquanto que os menores valores foram obtidos para os sistemas que continham AP+ER (2037,1 kPa) e AP+NF+ER (2152,6 kPa). Considerando-se 3.500 kPa como limite onde ocorrem restrições mais pronunciadas ao crescimento e desenvolvimento radicular (Moraes et al., 2014), pode-se constatar que na profundidade de 0,00 – 0,10m apenas o sistema ervilhaca estaria com valores acima dos limitantes, enquanto que os sistemas de pousio e azevém estariam bastante próximos (Tabela 2). Na profundidade de 0,10 – 0,20m, os resultados foram semelhantes aos da camada superficial com o sistema ervilhaca e azevém apresentando os maiores valores, sendo 7.924,1 kPa e 7.754,8 kPa, respectivamente (Tabela 2). Para a profundidade de 0,20 – 0,30m a tendência entre os sistemas permaneceu, estando os maiores valores nos sistemas ervilhaca (7214,1 kPa) e azevém (7827,0 kPa) (Tabela 2). De modo geral os resultados observados nesta 2ª avaliação para as profundidades iniciais, foram superiores aos observados na 1ª avaliação, sugerindo que mesmo com o acumulado de aproximadamente 15 mm entre um período e outro, a umidade do solo (fator não determinado neste estudo, a fim de simular uma situação de um prestador de serviço ou produtor rural procedendo avaliações a campo) tenha sido inferior para a 2ª avaliação. Além disso, a primeira avaliação pode ter sido beneficiada pela presença dos restos culturais dos sistemas de cobertura que ainda permaneciam nas parcelas, o que pode ter contribuído para a manutenção da umidade no solo.

A 3ª Avaliação foi realizada após um período de elevadas precipitações pluviométricas que culminaram em um acúmulo aproximado de 154mm entre a 2ª a 3ª avaliação (Figura 1). Além disso, a 3ª avaliação foi procedida 48h após um acumulado de 77mm, estando o solo próximo de sua capacidade de campo (CC). Nesta avaliação foram observados os maiores valores de coeficiente de variação, superiores inclusive a 1ª avaliação.

Na profundidade de 0,00 – 0,10m o coeficiente de variação foi classificado como de muito alta variabilidade (Warrick & Nielsen, 1980), apresentando valores médios de 94,3% entre os sistemas avaliados. Estes elevados valores de CV já vem sendo descritos na literatura e tendem a ocorrer quando o solo apresenta condições de muito alta ou muito baixa umidade (Silveira et al., 2010). Deste modo é importante considerar que alterações no conteúdo de água no solo determinam grandes variações na RP, o que foi confirmado pelas diferentes épocas de avaliação. Nesta mesma profundidade (0,00 – 0,10m), com exceção do nabo forrageiro, todos os sistema apresentaram valores elevados de assimetria e curtose, o que culminou em distribuição não normal dos dados (Tabela 3).

Tabela 3. Análise estatística descritiva da resistência do solo a penetração na 3ª avaliação (04 de outubro) para os diferentes sistemas de cobertura do solo e nas diferentes profundidades. Frederico Westphalen (RS).

Este fato determina a necessidade de atenção quando se trabalham com informações dessa natureza e indica a validade da média como medida de tendência central de um conjunto de dados (Silveira et al., 2010). Nas demais profundidades o CV foi classificado como de média variabilidade, estando com valores bem abaixo aos da camada superficial (Tabela 3). Esta ampla variação, ocorrida em função da elevada precipitação ocasionou redução dos valores de RP ao se comparar a 3ª avaliação com as demais, independente do sistema de cobertura. Esta redução foi mais pronunciada nas camadas superficiais (0,00 – 0,10m e 0,10 – 0,20m). Este fato acabou distorcendo as informações ao ponto de que para profundidade de 0,00 – 0,10m em nenhum sistema de cobertura foram observados valores de RP considerados limitantes ao crescimento das plantas, muito diferente do que vinha sendo observado nas demais épocas de avaliação.

O maior valor de RP nesta profundidade foi observado para o pousio (1.291,6 kPa), o que também ocorreu para a profundidade de 0,10 – 0,20m (5.993,2 kPa) possivelmente pela ausência de cobertura, que proporcionou uma maior perda de umidade. Além da ampla variação e dos valores médios serem reduzido nas duas primeiras profundidades, boa parte das tendências que vinham sendo observadas para os sistemas de coberturas nas demais avaliações não mais ocorreram para esta 3ª época de avaliação. Segundo Vaz et al. (2002) grandes diferenças de umidade no solo podem causar variações nos valores de RP da ordem de 5.000 kPa.

Estes resultados podem ser também observados através de mapas temáticos de RP e considerando os sistemas de cobertura, profundidades e épocas de avaliação (Figura 2).

Figura 2. Variabilidade espacial da resistência do solo a penetração para as três épocas de avaliação, sistemas de cobertura do solo e nas profundidades de 0,00 - 0,10, 0,10 – 0,20, 0,20 – 0,30 e 0,30 – 0,40m. Frederico Westphalen (RS).

Uma tendência importante demonstrada pelos mapas temáticos é a diminuição da variabilidade na área, no perfil do solo, com o passar do tempo. É possível visualizar as diferenças discutidas anteriormente em função dos sistemas de cobertura, destacando a contribuição de sistemas consorciados e dos sistemas que continham o nabo forrageiro como planta de cobertura. Estes dados foram constatados para a 1ª e para 2ª avaliação e principalmente nas camadas superficiais (0,00 – 0,10m e 0,10 – 0,20m).

Além disso, é possível verificar na 2ª avaliação que os sistemas com ervilhaca e azevém apresentam valores de RP superiores aos demais sistemas nas profundidades de 0,00 – 0,10, 0,10 – 0,20 e 0,20 – 0,30m (Figura 2), relacionados possivelmente a menor área de exploração do solo pelo seu sistema radicular e/ou menor produção de resíduo nesse ano o que levou a menor retenção de umidade. Estas tendências também são evidenciadas ao se analisar os perfis verticais de RP obtidos entre os diferentes sistemas e épocas de avaliação (Figura 3).

Figura 3. Resistência do solo a penetração para os diferentes sistemas de coberturas e nas diferentes épocas de avaliação (média de 18 repetições). Frederico Westphalen (RS).

As figuras 2 e 3 evidenciam de forma mais clara os dados obtidos pela analise descritiva dos dados (Tabela 1, 2 e 3) em relação as três épocas de avaliação, ficando notório a redução da RP da 1ª e 2ª para a 3ª avaliação em função da precipitação ocorrida. Estes resultados reforçam dados já citados, de que existe uma relação muito estreita entre o teor de água no solo e a RP. Recomendações existentes atualmente vêm indicando, portanto, que para potencializar e proporcionar um melhor aproveitamento das informações obtidas através do estudo da RP, cuidados necessitam ser tomados, principalmente em relação as condições de umidade do solo. É importante que as avaliações sejam realizadas em faixas de umidade adequadas, as quais podem variar em função do plano de rotação usado e do tipo e quantidade de palha produzida que, também é variável na lavoura, justificando um manejo da variabilidade do solo também no inverno.

Dessa forma, os dados desse trabalho demonstram a importância de se considerar a cultura antecessora, haja visto que existe grande efeito do tipo de sistema radicular e do tempo de adoção do uso de plantas de cobertura sobre a RP. Nota-se grande potencial da ferramenta penetrômetro aliada a mapas temáticos para monitoramento da RP, porém o sistema e as estratégias de manejo adotadas na área são mais importantes que a avaliação isolada.

Considerações

A utilização de sistemas de cobertura de inverno consorciados e que congreguem sistemas radiculares pivotantes e fasciculados contribui para a redução da resistência do solo a penetração. A utilização de nabo forrageiro em sistemas de rotação, tanto solteiro quanto consorciado também contribui para a minimização dos efeitos da compactação.

Em condições muito extremas de compactação, as reduções nos valores de resistência do solo a penetração em um curto espaço de tempo através do uso de plantas de cobertura com sistema radicular agressivo, somente serão observadas em camada mais superficiais, havendo a necessidade de experimentos de maior duração para a constatação dos resultados em camadas mais profundas (> 0,20 m).

A avaliação da resistência do solo a penetração deve ser criteriosa, sendo que em trabalhos de campo conduzidos em grandes áreas de cultivo, o que exige alta eficiência operacional, se faz necessário observar as condições de umidade do solo, devendo-se evitar condições de alta umidade. Para uma boa representatividade das informações sugere-se que seja procedida mais de uma avaliação antes de serem definidas as intervenções.

É evidente que não há uma única ”formula” quando se pretende manejar compactação. Além do valor lido pelo aparelho deve ser agregado a experiência agronômica e a contribuição de cada sistema, cada tipo de resíduo, sistema radicular, quantidade e qualidade da massa produzida, pois essas questões estão intimamente relacionadas a atividade biológica do solo que, muito tem contribuído para as altas produtividades em condições de lavoura.

Como essa estratégia (uso de penetrômetros) tem sido uma das ferramentas mais usuais, aliadas as tecnologias da agricultura de precisão para monitorar problemas de compactação do solo, o que se recomenda é uso de uma grade amostral densa, várias repetições por ponto amostral, avaliações em diferentes épocas do ano (preferencialmente quando do ciclo de culturas diferentes) e, se possível correlacionar com a produtividade das culturas para ai sim, em havendo limitação, repensar as estratégias de manejo que vem e que podem ser adotadas na área. O Sistema Plantio Direto agradece.

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PUBLICADO NA REVISTA PLANTIO DIRETO EDIÇÃO 140 (Março/Abril de 2014).