Variabilidade espacial de atributos físicos de um Latossolo Vermelho sob cultivo de cana-de-açúcar (página 2)

A área de estudo localiza-se no nordeste do estado de São Paulo, no município de Guariba, SP, cujas coordenadas geográficas são (21° 19' S; 48° 13' W; 600 m). O clima da região, segundo a classificação de Köppen, é do tipo mesotérmico com inverno seco (Cwa), precipitação média de 1400 mm e com chuvas concentradas no período de novembro a fevereiro. A vegetação natural se constituía por floresta tropical subcaducifólia e mata ciliar.O relevo é predominantemente suave ondulado com declivi-dades médias variando de 3 a 8%. A área experimental está sob cultivo de cana-de-açúcar há mais de trinta anos. O solo da área foi classificado como Latossolo Vermelho eutroférrico textura muito argilosa (LVef) (EMBRAPA, 1999).

De acordo com o modelo de Troeh (1965), classificou-se a curvatura e o perfil das formas do terreno no terço inferior da encosta, em dois compartimentos (I e II), como mostrado na Figura 1. No compartimento I a forma do relevo é basicamente linear e o compartimento II apresenta curvaturas côncavas e convexas. Os solos foram amostrados nos pontos de cruzamento de uma malha, com intervalos regulares de 10 m, nas profundidades de 0 - 0,2; 0,2 - 0,4 e 0,4 - 0,6 m, com dimensão de 100 x 100 m, totalizando 100 pontos.

Foram abertas 100 trincheiras de 0,60 m de profundidade (0,3 x 0,3 m de largura), para coleta de amostras indeformadas em anéis volumétricos, para determinação dos atributos físicos. Para a determinação da porosidade do solo (porosidade total, macro e microporosidade), as amostras indeformadas foram saturadas por 48 h em bandeja com água até dois terços da altura do anel. Após o período de saturação, as amostras foram drenadas no potencial equivalente a -0,006 MPa utilizando-se uma mesa de tensão (EMBRAPA, 1997). Nas mesmas amostras determinou-se a densidade do solo, através do método do volume conhecido (EMBRAPA, 1997).A variabilidade do solo foi, primeiramente, avaliada pela análise da média, mediana, variância, coeficiente de variação, coeficiente de assimetria e coeficiente de curtose, máximo e mínimo. A hipótese de normalidade dos dados foi testada pelo teste de Kolmogorov-Smirnov e a análise descritiva dos dados foi realizada usando-se o programa SAS (1995). A observação de valores extremos (máximos e mínimos) e a distribuição de freqüência revelaram a existência de valores atípicos para as variáveis em estudo. Após a verificação da inexistência de erros dos dados de laboratório, optou-se pela reedição dos dados extremos, através da média de seus vizinhos.

A análise da dependência espacial foi feita por meio da geoestatística, conforme Vieira et al. (1983) e Robertson (1998) e do ajuste de semivariogramas. A análise da dependência espacial é baseada na suposição de que medições separadas por distâncias pequenas são mais semelhantes umas às outras, que aquelas separadas por distâncias maiores. A semivariância é, por definição, dada por:

a qual é uma função do vetor h e, portanto, depende da magnitude e da direção h.

A semivariância é estimada através da expressão seguinte:

Para se determinar a existência ou não da dependência espacial, ajustou-se semivariogramas, através do programa GS⁺ (Robertson, 1998). Em caso de dúvida entre mais de um modelo para o mesmo semivariograma, considerou-se o melhor R² (coeficiente de determinação) e o menor SQR (soma de quadrados do resíduo). Para elaboração dos mapas de distribuição espacial das variáveis lançou-se mão do programa Surfer (1999).

Os resultados referentes à análise descritiva para as variáveis porosidade total, macroporosidade, microporosidade e densidade do solo, apresentados na Tabela 1, indicaram ajuste à distribuição normal. Os valores da média e mediana, para todas as variáveis, estão próximos, mostrando distribuições simétricas, o que pode ser confirmado pelos valores de assimetria próximos de zero. 

O gráfico da probabilidade normal (Figura 2) permite verificar-se que as distribuições das variáveis porosidade total, macroporosidade, microporosidade e densidade do solo, apresentam comportamento próximo da linha reta; apenas a distribuição da variável porosidade total nas profundidades em estudo, afastou-se mais da reta nos extremos, evidenciando-se pequeno afastamento da distribuição normal nas caudas. Os resultados referentes ao teste Kolmogorov-Smirnov indicaram normalidade para as variáveis macroporosidade e densidade do solo, em todas as profundidades estudadas, e microporosidade, na profundidade de 0,2 - 0,4 m; a normalidade para a variável densidade do solo também foi verificada por Souza et al. (2001) e Carvalho et al. (2003) e macroporosidade por Mata et al. (1998).

Segundo Isaaks & Srivastava (1989) mais importante que a normalidade dos dados é a ocorrência ou não do chamado efeito proporcional, em que a média e a variabilidade dos dados sejam constantes na área de estudo, o que foi observado, ou seja, ocorre a estacionaridade necessária ao uso da geoestatística. No entanto, em se tratando de dados obtidos na natureza, o ajuste de uma distribuição teórica é apenas aproximado (Warrick & Nielsen, 1980 e Goovaerts, 1997). A normalidade dos dados não é uma exigência da geoestatística; é conveniente apenas que a distribuição não apresente caudas muito alongadas, o que poderia comprometer as análises (Webster, 1985; Cressie, 1991). Nota-se, na Figura 2, para as variáveis em estudo, que as distribuições são suficientemente simétricas para aplicação da geoestatística.A densidade do solo na profundidade de 0,2 - 0,4 m apresentou o menor coeficiente de variação (5,49%) enquanto a macroporosidade na profundidade de 0,0-0,2 m, indicou o maior coeficiente de variação (39,12%) (Tabela 1). Adotando-se o critério de classificação para CV proposto por Warrick & Nielsen (1980) para medida estatística de dispersão, seus valores se revelaram: (a) alto (>24%) para a variável macroporosidade, nas profundidades 0 - 0,2; 0,2 - 0,4 e 0,4 - 0,6 m, concordando com os resultados obtidos por Machado (1994), Mata et al. (1998), Cavalcante (1999) e Carvalho et al. (2003) nas profundidades de 0 - 0,2 e 0,2 - 0,4 m; (b) médio (12 a 24%) para a variável microporosidade nas profundidades de 0 - 0,2 m e 0,4 - 0,6 m; resultados semelhantes também foram encontrados por Carvalho et al. (2003) e porosidade total na profundidade de 0 - 0,2 m; (c) baixo (< 12%) para a variável porosidade total nas profundidades de 0,2 - 0,4 e 0,4 - 0,6 m, microporosidade na profundidade de 0,2 - 0,4 m e densidade do solo em todas as profundidades estudadas. Esses resultados estão de acordo com os obtidos por Machado (1994), Cavalcante (1999), Souza et al. (2001) e Carvalho et al. (2003). Outros autores têm adotado essas classes de CV em trabalhos relacionados à variabilidade espacial do solo (Libardi et al., 1986; Macedo et al., 1998; Salviano et al., 1998, Gonçalves et al., 2001). Apesar dos coeficientes de variação permitirem que se compare a variabilidade entre amostras com unidades diferentes, seu emprego não deve ser generalizado, devendo-se apreciar esses resultados segundo as finalidades a que se destina o trabalho (Oliveira & Menk, 1974).

Os resultados da análise geoestatística (Tabela 2 e Figura 3) mostraram que todas as variáveis analisadas apresentaram dependência espacial nas profundidades em estudo, com exceção das variáveis macroporosidade e densidade do solo, na profundidade de 0,4 - 0,6 m. Na profundidade 0,0 - 0,2 m, todas as variáveis se ajustaram ao modelo esférico, concordando com os resultados obtidos por Cavalcante (1999) e Souza et al. (2001); na profundidade de 0,2 - 0,4 m as variáveis macroporosidade e microporosidade ajustaram-se ao modelo esférico, de acordo com os dados de Souza et al. (2001) para a microporosidade e Carvalho et al. (2003) para a macroporosidade e as variáveis porosidade total e densidade do solo ao modelo exponencial; na profundidade de 0,4 - 0,6 m, as variáveis porosidade total e microporosidade ajustaram-se ao modelo esférico. Para as variáveis que apresentaram efeito pepita puro, ou seja, ausência de dependência espacial, distribuição espacial aleatória, a estatística clássica pode ser aplicada.

O efeito pepita como percentagem do patamar, permite que se compare o grau da dependência espacial de variáveis estudadas (Trangmar et al., 1985). Segundo a classificação de Cambardella et al. (1994) todas as variáveis estudadas apresentaram dependência espacial forte, com exceção da variável porosidade total na profundidade de 0,2 - 0,4 m. Cambardella et al. (1994), afirmam que as variáveis que apresentam forte dependência espacial são mais influenciadas por propriedades intrínsecas do solo, como os fatores de formação do solo (material de origem, relevo, clima, organismos e tempo). O alcance estabelece o limite de dependência espacial entre as amostras, isto é, para distâncias iguais ou menores que o alcance, diz-se que os valores vizinhos de uma variável estão espacialmente correlacionados e podem ser utilizados para se estimar valores em qualquer ponto entre eles (Reichardt, 1985; Trangmar et al., 1985). As variáveis apresentaram diferentes alcances entre as profundidades de 0 - 0,2; 0,2 - 0,4 e 0,4 - 0,6 m; a variável prosidade total mostrou o maior alcance (80 m) na profundidade de 0,4 - 0,6 m e a densidade do solo e macroporosidade, os menores alcances (20 m) na profundidade de 0 - 0,20 m. Na profundidade de 0 - 0,2 m, os alcances foram os menores quando comparados com a profundidade de 0,2 - 0,4 m, ocorrendo aumento do alcance em profundidade para todas as variáveis em estudo, indicando a maior descontinuidade na distribuição espacial das propriedades do solo na camada mais superficial, concordando com estudo de Souza et al. (2001).Os parâmetros dos modelos de semivariogramas ajustados foram utilizados para se estimar valores em locais não amostrados através da krigagem (Figura 4). Os valores da densidade do solo foram considerados altos, segundo Arshad et al. (1996), os quais relatam que valores acima 1,35 kg dm^-3 restringem o crescimento radicular em solo argiloso. A macroporosidade apresentou valores baixos, segundo Arshad et al. (1996), valores abaixo de 0,15 m^-3 m^-3 restringem o movimento de água no perfil do solo. Kiehl (1979) afirma que solos agrícolas nunca deveriam ter menos de 0,10 m^-3 m^-3 de macroporos, sob pena de sério comprometimento da produtividade das culturas. Os valores altos para a densidade do solo e microporosidade e baixos para a macroporosidade e porosidade total, estão relacionados com o tráfego intensivo de máquinas na cultura da cana-de-açúcar, segundo Salire et al. (1994) e Hakansson & Voorhees (1997) sistemas com pouco revolvimento do solo e tráfego de máquinas pesadas, pode promover compactação do solo até 0,4 m.

Cruzando as informações da Figura 1 e os mapas de krigagem (Figura 4), observa-se que no compartimento I a área apresenta um relevo com forma linear e declividade homogênea apresentando variabilidade menor para as variáveis em estudo, já no compartimento II o relevo possui formas côncavas e convexas condicionando maior variabilidade das variáveis em estudo. Machado (1994) e Marques Júnior & Lepsch (2000), afirmam que a posição topográfica dos solos na paisagem, influindo na drenagem do solo, é um dos principais fatores condicionantes da variabilidade espacial dos solos. Li et al. (2001) estudando a produção de algodão com auxílio da geoestatísitica e paisagem, verificaram que os atributos químicos e físicos têm forte relação com a paisagem. Pennock et al. (1992) e Boehm & Anderson (1997) encontraram relação da densidade do solo com a paisagem e Sobieraj et al. (2002) com a macroporosidade do solo.

1. O coeficiente de variação indicou variabilidade baixa para as variáveis densidade do solo, em todas as profundidades estudadas, e para a porosidade total nas profundidades de 0,2 - 0,4 e 0,4 - 0,6 m e microporosidade na profundidade de 0,2 - 0,4 m, variabilidade média para microporosidade nas profundidades de 0 - 0,2 e 0,4 - 0,6 m e porosidade total na profundidade de 0 - 0,2 m. A variável macroporosidade apresentou variabilidade alta em todas as profundidades estudadas.2. As variáveis estudadas indicaram estrutura de dependência espacial com grau de dependência forte, com exceção da variável porosidade total, na profundidade de 0,2 - 0,4 m.3. Os maiores alcances foram observados nas profundidades de 0,2 - 0,4 e 0,4 - 0,6 m, para todos as variáveis estudadas.4. A redução da porosidade total, microporosidade e, sobretudo, da macroporosidade, promoveu os altos valores para a densidade do solo, principalmente na profundidade de 0,2 - 0,4 m, indicando compactação nesta camada.

5. A identificação de compartimentos da paisagem na área de estudo mostrou-se muito eficiente na compreensão das causas da variabilidade espacial dos atributos estudados. Pequenas variações nas formas do relevo condicionam variabilidade diferenciada para os atributos físicos do solo.

À Fundação de Amparea à Pesquisa do Estado de São Paulo pela concessão de bolsa ao primeiro autor e auxílio financeiro para o desenvolvimento do projeto. À a Usina São Martinho pela concessão da área para o experimento.