Umidade do solo

Umidade do solo

• O mês de maio marca o início do período seco na região Central do país. Com a falta de chuva nos últimos dias, o índice de umidade do solo já caiu no Sudeste e Centro-Oeste e está abaixo de 50% em boa parte dessas regiões. Em Mato Grosso, norte do Mato Grosso do Sul, Goiás, Minas Gerais, São Paulo, Espírito Santo e Rio de Janeiro, os valores registram queda em relação ao mês passado.

A umidade do solo  é definida como a massa da água contida em uma amostra de solo dividido pela massa de solo seco , sendo expressa em quilogramas de água por quilogramas de solo, ou, multiplicando-se por 100, tem-se em percentagem.

• Para determinação do peso seco e da massa de água, o método tradicional é a secagem em estufa, na qual a amostra é mantida com temperatura entre 105 °C e 110 °C, até que apresente peso constante, o que significa que ela perdeu a sua água por evaporação

O peso da água é determinado pela diferença entre o peso da amostra e o peso seco .

Desta forma temos:  

Principais métodos de determinação da umidade do solo:

Existem métodos diretos e indiretos de determinação da umidade do solo. Dentre os métodos diretos, o gravimétrico é o mais utilizado, consistindo em amostrar o solo e, por meio de pesagens, determinar a sua umidade gravimétrica, relacionando a massa de água com a massa de sólidos da amostra ou a umidade volumétrica, relacionando o volume de água contido na amostra e o seu volume. O método gravimétrico possui a desvantagem de necessitar de 24 horas ou mais para obter o resultado. Contudo, é o método-padrão para calibração dos métodos indiretos.

• Por possuir determinação instantânea da umidade do solo, os sensores se tornam mais adequados para indicar o início e a duração da irrigação. Os principais métodos indiretos baseiam-se em medidas como a moderação de nêutrons, a resistência do solo à passagem de corrente elétrica, a constante dielétrica do solo e a tensão da água no solo. Essas são características do solo que variam com a sua umidade.

A seguir estão descritos quatro sensores de umidade do solo que são utilizados em sistemas de irrigação inteligente. Eles medem a umidade do solo em quilopascal (kPa), esta é a unidade padrão de pressão e tensão no Sistema Internacional. Equivale a força de 1 N aplicada sobre uma superfície de 1 m2. A maioria das hortaliças, flores, fruteiras e em várias das culturas anuais, tem se recomendado a irrigação em tensões de água no solo que variam, tipicamente, de 10 a 50 kPa.

Blocos de resistência elétrica:

Normalmente fabricados de gesso, os blocos de resistência elétrica, são elementos porosos com eletrodos inseridos, cuja passagem de corrente elétrica entre estes eletrodos, causada principalmente pela solubilização em água dos seus eletrólitos componentes (Ca2+ e SO42-), é função não linear da tensão da água no solo. Estes blocos de gesso requerem calibração individual periódica, já que sua resposta deteriora no tempo, principalmente em solos com tensão de água baixa, que causem importante solubilização e movimentação do cálcio e do sulfato. Apresenta a vantagem de ser um sensor de baixo custo, ser de fácil fabricação e possuir uma ampla faixa de resposta (50 a 1500 kPa). No entanto, a deterioração da resposta no tempo, e a necessidade de calibração individualizada dos sensores são suas.

Tensiômetro:

O tensiômetro é formado por cápsulas porosas contendo água em sua cavidade que são dispositivos de medição de tensão ou sucção que é mantido em contato com a superfície do solo, ou neste inserido. Em equilíbrio, sua leitura é diretamente a tensão da água no solo, em unidade de energia dividida por volume (pressão).

• As principais vantagens do tensiômetro são que além de sua construção ser fácil e não necessitar de calibração. Sua faixa de trabalho teórica é um assunto discutível, porém, nos usos de campo os tensiômetros funcionam bem entre zero e 70 kPa.

Sua principal limitação é necessitar freqüentes manutenções, visto que acontece um acúmulo de ar na cavidade da cápsula porosa, o que ocorre com velocidade crescente, sempre que a tensão da água no solo supera 30 kPa. Por esta razão, o tensiômetro não é um sensor adequado para a automatização de sistemas não assistidos. Outras desvantagens do tensiômetro é o contato precário com o solo, na sua construção como haste cilíndrica rígida. O mau contato diminui consideravelmente a condução de água entre o solo e a cápsula porosa. Nesse caso a resposta pode desenvolver-se com inaceitável atraso.

Condutividade térmica:

Um método confiável de se estimar a tensão da água no solo é através do acompanhamento da condutividade térmica de cápsulas porosas de acordo com sua impregnação com água. Neste caso, a variação da massa de água na cápsula porosa é acompanhada através dos seus efeitos diretos sobre a condutividade térmica. O sensor de tensão de água por condutividade térmica é constituído de uma fonte de calor, com dissipação térmica ajustada e estável, usualmente uma resistência elétrica centralizada, e de um sensor para acompanhar a diferença de temperatura entre dois pontos, ao longo do raio de cápsulas porosas cilíndricas. Neste sistema, cada cápsula porosa precisa ser calibrada, individualmente, e a relação entre a tensão de água e a diferença de temperatura medida não é linear e aumenta conforme o solo seca.

• Mesmo necessitando calibração individualizada, o sensor por condutividade elétrica é um sistema estável que pode ser utilizado na automação de sistemas não-assistidos. A faixa de tensões água de trabalho depende da porosidade e da distribuição das dimensões dos poros na cápsula porosa do sensor. Desse modo, pode vir a operar tanto em tensões inferiores a 100 kPa, como também em tensões muito superiores a este valor.

Instalação dos sensores da umidade do solo  e da temperatura do solo
em uma das covas na Caatinga

Preparo da Amostra:

Princípio:

Separação das frações do solo seco ao ar ou estufa a 40ºC por tamisação, para determinação da proporção destas frações e seu encaminhamento para fins de análises físicas, químicas e mineralógicas.

Procedimento:

• Colocar a amostra depois de protocolada em tabuleiro de madeira de 40 x 60 x 8cm, espalhar e destorroar os torrões existentes manualmente.
• Deixar em local ventilado e seco até completa dessecação ao ar.
• Pesar e anotar o peso da amostra que vai ser preparada.
• Proceder o destorroamento colocando a amostra sobre peça de couro de 60 x 60cm e 4 a 5mm de espessura, separando para um lado a fração grosseira. Pressionar manualmente um rolo de madeira até desfazer os torrões maiores. Ter o cuidado para não quebrar pedras ou concreções.
• Verter a amostra destorroada para um conjunto de 2 peneiras, uma em cima de malha de 20mm e outra em baixo com malha de 2mm.
• O material retido na peneira de 20mm (calhaus) e na de 2mm (cascalho) deve ser colocado em cápsula de porcelana com água, mais 10ml de NaOH 1N, agitando com auxílio de um bastão várias vezes durante o dia e mantido por uma noite nesta solução.
• Lavar bem estes materiais sobre peneira com malha de 2mm.
• Deixar secar em estufa, esfriar e pesar cada fração. Colocar o material em sacos plásticos com etiquetas identificadoras das amostras e enviar para a análise mineralógica.

Reagente

• Hidróxido de sódio 1N - pesar 40g de hidróxido de sódio e dissolver em 1l de água.

Equipamento:

• Peneiras de 20mm e 2 mm.
• Balança.
• Estufa.

Analise de dados

Terra fina, cascalhos e calhaus:

Princípio:

• Quantificar as frações terra fina, cascalho e calhaus presentes na amostra original, através da pesagem de cada uma dessas frações.

Cálculos:
Com o peso da amostra original, do cascalho e dos calhaus, calcular as seguintes expressões:

• Terra fina (g/kg) = 1.000 - (g/kg calhaus + g/kg cascalho)
• Cascalho (g/kg) = 1.000 x b/a
• Calhaus (g/kg) = 1.000 x c/a
• a = peso total da amostra
• b = peso do cascalho
• c = peso dos calhaus

Umidade Atual:

Princípio:

• Determinação do teor de umidade presente na amostra de solo, transportada em embalagem impermeável e vedada.

Procedimento:

• Colocar a amostra, com ou sem estrutura deformada, em lata de alumínio numerada e de peso conhecido.
• Pesar e transferir para estufa a 105-110ºC, deixando nesta condição durante 24 horas.
• Retirar da estufa, colocar em dessecador, deixar esfriar e pesar.

Cálculo:

• Umidade Gravimétrica = 100 (a - b) / b
• Umidade Volumétrica = 100 (a - b) / c
• a = peso da amostra úmida (g)
• b = peso da amostra seca (g)
• c = volume da amostra (cm3)
• Umidade Volumétrica = (1) x d
• Umidade gravimétrica
• d = densidade do solo (g/cm3)

Equipamento:

• Estufa.
• Balança.

Umidades residual e fator "F"

Princípio:

• UR - Umidade contida na amostra de solo, após preparada e seca ao ar ou estufa a 40ºC. Fator “f” - correção dos resultados de análises de solo feitas em terra fina seca ao ar em terra fina seca em estufa a 105ºC.

Procedimento:

• Colocar aproximadamente 20g de solo em erlenmeyer de peso conhecido com aproximação de 0,001g.
• Pesar em balança de precisão com aproximação de 0,001g.
• Transferir para estufa a 105ºC e deixar durante uma noite.
• Colocar em dessecador, esfriar e pesar com aproximação de 0,001g.

Cálculo:

• Umidade residual = 100 (a - b) / b
• a = peso da amostra seca ao ar
• b = peso da amostra seca a 105ºC

Fator “f” = a / b

• a = peso da amostra seca ao ar
• b = peso da amostra seca a 105ºC

Equipamento:

• Estufa.
• Balança.
• Dessecador.
• Erlenmeyer.

Umidade obtida no aparelho extrator Richards:

Princípio:

• Amostras de solo saturadas são colocadas em placas de cerâmica ou membrana previamente saturadas e submetidas a uma determinada pressão, até atingir a drenagem máxima da água contida nos seus poros,correspondente à tensão aplicada. Determina-se então a umidade da amostra. As tensões usualmente utilizadas são: 0,01; 0,033; 0,1; 0,5; e 1,5 MPa. Com elas elabora-se a curva característica de retenção de umidade do solo.

Procedimento:

• Colocar uma placa de cerâmica de 1 bar para as baixas tensões de 0,01 a 0,1MPa e uma de 15 bars para as tensões de 0,5 e 1,5 MPa. Antes de colocar as placas, colocar um anteparo ao redor destas para evitar a perda de água.
• Distribuir os anéis de PVC de 5cm de comprimento e 1cm de altura na placa porosa e derramar no interior dos anéis 25 a 30 g de solo. Compactar levemente com auxílio de uma lata de mesmo diâmetro.
• Adicionar água na placa de cerâmica, até que o nível desta fique bem próximo da borda do anel de PVC. Deixar as amostras nestas condições, até completa saturação, geralmente durante uma noite.
• Retirar o “anel”, inclinar levemente a placa, a fim de eliminar o excesso de água e colocar no aparelho extrator de Richards.
• Apertar bem os parafusos e abrir os reguladores de pressão, gradativamente, até que o manômetro acuse a pressão desejada.
• Deixar por período de 24 horas ou mais, caso se observe que ainda há drenagem proveniente das amostras.
• Separar uma quantidade de latas de alumínio numeradas e de peso conhecido, igual ao número de amostras.
• Descarregar a pressão, retirar as placas e transferir as amostras imediatamente para as latas, com o auxílio de uma espátula de aço inoxidável.
• Pesar o mais rapidamente possível, com aproximação de 0,05g, colocar na estufa, deixar por 24 horas, dessecar, esfriar e pesar novamente.

Cálculo:

• Umidade (MPa) = 100 (a - b)/b
• a = peso da amostra após ser submetida à pressão utilizada: 0,01; 0,033; 
• 0,1; 0,5; 1 ou 1,5MPa
• b = peso da amostra seca a 105ºC

Observação:

• O uso de amostras com estrutura indeformada apresenta resultados mais próximos da condição de campo. Por isso deve-se dar preferência a este tipo de amostra.

Equipamento:

• Aparelho extrator de Richards.
• Placa de cerâmica de 15 bar.
• Compressor.
• Estufa.
• Balança.

Umidade obtida com a mesa de tensão:

Princípio:

• Amostras de solo são colocadas sobre a mesa de tensão e saturadas. 
• Ajusta-se a altura da coluna de água abaixo da mesa para 100 cm para se obter uma tensão de 0,01 MPa ou para 60cm para se obter uma tensão de 0,006 MPa. Esta provoca a drenagem da água retida nos poros do solo, através de sucção provocada pelo vácuo formado na mesa de tensão.

Procedimento:

• Limpar bem a lâmina de vidro e colocar a tela metálica ou de náilon  de 0,25mm de malha e dimensões 40 x 40cm, de forma centralizada.
• Colocar a primeira folha de mata-borrão com dimensões de 45 x 45cm centralizada e em seguida adicionar aproximadamente 500ml de uma suspensão coloidal proveniente da determinação de argila. Nesta operação, o frasco de nível deve ficar numa posição de 60 ou 100cm abaixo do nível do mata-borrão, dependendo da tensão requerida.
• Comprimir o mata-borrão, passando várias vezes um cilindro de vidro e adicionar gradativamente, mais suspensão coloidal até se obter uma boa uniformidade do material e sem bolhas de ar na tela. Colocar a segunda ou terceira folha, se necessário, do mata-borrão e proceder da mesma forma, como citado anteriormente.
• Fazer o teste de funcionamento da mesa de tensão, que consiste em manter a coluna de água contínua da superfície do mata-borrão até o frasco de nível. No caso de quebra da coluna, levantar e baixar o frasco de nível e adicionar mais suspensão coloidal até se obter o desejado.
• Depois da mesa preparada, colocar sobre o mata-borrão os anéis de PVC de 1cm de altura e 6cm de diâmetro. Encher com a terra fina cada anel, comprimindo ligeiramente, com lata de alumínio de mesmo diâmetro.
• Proceder a saturação das amostras, inicialmente por meio de jatos de água de uma pisseta sobre o mata-borrão e depois elevando-se o “frasco de nível” de modo que a lâmina de água fique ligeiramente acima do topo do mata-borrão.
• Cobrir as amostras com bandeja de plástico e deixá-las saturando durante 16 a 24 horas. Em seguida, abaixar o “frasco de nível” para o nível de sucção correspondente a 100cm de altura de coluna de água. Deixar durante a noite.
• Verificar se não houve quebra da coluna de água. Retirar rapidamente as amostras e colocar em latas de alumínio aferidas e tampar. 
• Pesar as latas com as amostras e transferir para estufa a 105ºC. Deixar durante 16 a 24 horas, colocar em dessecador, esfriar e pesar.

Cálculo:

• Umidade (MPa) = 100 (a - b)/b
• a = peso da amostra após ser submetida à pressão utilizada: 0,01 ou 0,006 MPa
• b = peso da amostra seca a 105ºC

Equipamento:

• Mesa de tensão.
• Anéis de PVC.
• Estufa.
• Balança

Outros Métodos:

• Densidade Aparente.
• Densidade de Partículas
• Porosidade Total
• Microporosidade (Método Mesa de Tensão)
• Macroporosidade
• Análise Granulométrica (Dispersão Total)
• Argila Dispersa em Água
• Grau de Floculação
• Relação Silte/Argila
• Condutividade Hidráulica
• Percentagem de Saturação
• Percentagem de Agregados
• Limite de Liquidez
• Limite e Índice de Plasticidade
• Limite de Pegajosidade
• Limite de Contração (LC)(Método do Mercúrio Metálico)
• Grau de Contração(GC)
• Superfície Específica (Método Simplificado)
• Separação de Argila e Silte  
• Análise de Raios X
• Coeficiente de Extensibilidade Linear (COLE)

O conhecimento da umidade do solo é de fundamental importância, pois indica em que condições hídricas encontram-se o mesmo. Para a realização da irrigação, a umidade do solo deve ser determinada anteriormente e servirá de parâmetro para a quantidade de água a ser aplicada pelo sistema.

• Na área de irrigação trabalhamos sempre a umidade, do solo, em base seca embora alguns equipamentos nos forneçam essa umidade em base úmida. Nesse caso se faz necessária a transformação desse valor, antes das determinações de lamina de irrigação. 

Estação Meteorológica em clareira na Caatinga