ARTIGO CIENTÍFICO

Solos arenosos para Sistemas de integração lavoura-pecuária-floresta em Arez, Rio Grande do Norte

Sandy soils to integrated cropland, livestock and forests systems in Arez, Rio Grande do Norte, Brazil

Pedro Luan Ferreira da Silva¹*, Flávio Pereira de Oliveira², José Otávio de Moraes Borba³, Danillo Dutra Tavares⁴, André Julio do Amaral⁵, Adriana Ferreira Martins⁶

¹Graduando em Agronomia, bolsista de iniciação científica, Universidade Federal da Paraíba, Areia, Paraíba; pedroluanferreira@gmail.com; ²Engenheiro Agrônomo, Professor, Doutor em Ciência do Solo, Universidade Federal da Paraíba, Areia, Paraíba; pereira@cca.ufpb.br; ³Graduando em Agronomia, Universidade Federal da Paraíba, Areia, Paraíba; otavio.borba@outlook.com; ⁴Engenheiro Agrônomo, Mestre em Ciência do Solo, Universidade Federal da Paraíba, Areia, Paraíba; danilodutrat@hotmail.com; ⁵Engenheiro Agrônomo, Doutor em Ciência do Solo, Embrapa Solos, Recife, Pernambuco; andre.amaral@embrapa.br; ⁶Biológa, Doutora em Ciência do Solo, Bolsista PNPD, Universidade Federal da Paraíba, Areia, Paraíba; biol.adriana@gmail.com.

Recebido para publicação em 18/10/2018; aprovado em 22/11/2018

Resumo: O solo é um dos principais suportes para a produção agrícola e dele dependem os processos ambientais e a dinâmica de água no solo. A retenção de água como atributo limitante ao desenvolvimento dos vegetais está sendo seriamente comprometida pelo processo de degradação do solo em terras agrícolas, em função do padrão de manejo do solo, com baixa biodiversidade e alto grau de revolvimento pelas operações constantes de preparo do solo. O objetivo do presente estudo foi caracterizar atributos físico-hídricos de três perfis de solo no município de Arez, Rio Grande do Norte para subsidiar a implantação de sistemas conservacionistas envolvendo a integração lavoura, pecuária e floresta, em solos de textura arenosa. As amostras de solo com estrutura indeformada foram analisadas no Laboratório de Análises Físicas de Solo do Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal da Paraíba, para a determinação das variáveis: capacidade de aeração do solo, teor de água na capacidade de campo, ponto de murcha permanente, água disponível, capacidade de água disponível, densidade do solo, porosidades (total; macro e microporosidade), condutividade hidráulica saturada, granulometria, argila dispersa em água e grau de floculação. A capacidade de água disponível do solo aumentou em profundidade e a capacidade de aeração do solo foi maior em superfície. A porosidade total em superfície favoreceu a taxa de infiltração e a densidade do solo aumentou em profundidade. Os atributos tiveram relação com a posição dos mesmos na paisagem, com maior retenção de água na encosta, em cotas inferiores.

Palavras-chave: Água disponível; Capacidade de campo; Condutividade Hidráulica; iLPF; Porosidade de aeração.

Abstract: Soil is the most important natural resource to supports agricultural production system sand depends on the environmental processes and the dynamics of water at the place. The retention of water as a limiting attribute to development of the plants is being seriously compromised by the process of soil degradation in the Brazilian semiarid. The objective of the present study was to evaluate the influence of the integrated crop-livestock-forest system - iCLF, under the physical-water attributes of three soil profiles in the city of Arez, Rio Grande do Norte. Soil samples with undisturbed structure were analyzed in the Soil Physical Analysis Laboratory of the Agricultural Sciences Center of the Federal University of Paraíba, to determine the variables: soil aeration capacity, field capacity, permanent wilting point, available water, available water capacity, soil density, porosity (total, macro and microporosity), saturated hydraulic conductivity, granulometry, water dispersed clay and flocculation degree. The available soil water capacity increased in depth and the soil aeration capacity was higher in surface area. The total surface porosity favored the infiltration rate and the soil density increased in depth. The data had a relation with the same position in the landscape, with greater retention of water in the slope, in lower dimensions

Key words: Water available; Field capacity; Saturated hydraulic conductivity; iCLF; Aeration porosity.

INTRODUÇÃO

O solo é um dos principais suportes da produção agrícola e o seu comportamento é regido por um complexo conjunto de fatores físicos, químicos e biológicos, submetidos à ação do clima, que interagem e tendem ao equilíbrio (KLEIN et al., 2015). No bioma caatinga, esse equilíbrio vem sendo quebrado em função da expansão demográfica e da retirada predatória da cobertura vegetal (ALBUQUERQUE et al., 2001).

O bioma caatinga é o terceiro mais degradado do país e, entre as causas que levaram ao processo de degradação estão o extrativismo vegetal e a produção agropecuária (SOUZA et al., 2015). Quando se perde a cobertura arbustiva (por corte, queima ou pastoreio), a exposição do solo desnudo promove a formação de uma crosta superficial decorrente do impacto direto das gotas de chuva, o que reduz a infiltração da água e aumenta o escoamento (GALINDO et al., 2008). O que compromete o estabelecimento dos vegetais em função da baixa retenção de água no solo e devido as perdas por evaporação e escoamento superficial.

A retenção de água é um atributo limitante ao desenvolvimento dos vegetais e sua dinâmica é fortemente influenciada pelas técnicas de manejo e conservação do solo. Ao longo dos anos tem se observado que os solos do bioma caatinga estão perdendo a sua capacidade natural de absorver água (SOUZA; MARTINS, 2012), tornando-se um agravante para o estabelecimento de práticas de conservação e produção de alimentos.

Assim como os demais atributos, a capacidade de aeração pode ser afetada pelas práticas de manejo do solo, ocasionando efeitos negativos sobre as plantas, através da deficiência na difusão de gases sobre o sistema radicular dos vegetais, ou mesmo pelo desbalanço hídrico do solo (KLEIN, et al., 2008).

Alternativas sustentáveis devem ser adotadas como forma de promover a produção de alimentos aliada à conservação dos recursos naturais, reduzir a pressão sobre a vegetação nativa e aumentar a eficácia e eficiência dos sistemas de produção agropecuários no aproveitamento da água. Sistemas integrados de produção como o lavoura-pecuária (iLP) e o lavoura-pecuária-floresta (iLPF), surgem como alternativas sustentáveis para a produção agropecuária, contribuindo não só com a conservação do solo, mas também para a manutenção da cobertura vegetal com potencial valor econômico e forrageiro, bem como alternativa para diversificar as atividades nas propriedades e aumentar a resiliência das áreas cultivadas em ciclos de seca.

A integração Lavoura-Pecuária-Floresta é um mecanismo de grande importância para a recuperação de áreas degradadas, visto que possibilita o uso da terra através de uma sinergia existente entre espécies vegetais e animais, possibilitando de modo sustentável uma maior produção por área (BALBINO et al., 2011).

Entre os benefícios que os sistemas de integração promovem ao solo podem-se citar o favorecimento à infiltração e retenção de água, incremento e manutenção da matéria orgânica, desenvolvimento do sistema radicular dos vegetais (PEZARICO et al., 2013), aumento da porosidade total e agregação do solo (LOSS et al., 2014), além da ciclagem de nutrientes. Existe ainda carência de informações sobre quais os sistemas iLPF são mais adequados aos ambientes de clima semiárido e zona úmida costeira em solos de textura arenosa, apesar de já existir algumas recomendações, esforços devem ser demandados para aumentar e diversificar opções (RANGEL et al., 2015).

Diante da escassez e restrição hídrica pelo qual vem passando as áreas agrícolas e da urgente necessidade de adotar sistemas de produção que contribuam para a conservação e armazenamento de água no solo. Objetivou-se com esse estudo caracterizar os atributos fisico-hídricos de três perfis de solo de textura arenosa na zona úmida costeira no geoambiente dos Tabuleiros Costeiros no município de Arez, Rio Grande do Norte para subsidiar a implantação de sistemas ILPF.

MATERIAL E MÉTODOS

Caracterização e localização da área de estudo

A área está localizada no município de Arez, no estado do Rio Grande do Norte. O município, também conhecido como Arês, está situado na Microrregião do litoral sul (6º 11’ 40’’ de latitude S e 35º 09’ 37’’ de longitude W), com um território de aproximadamente 113 km² (IBGE, 2017).

O clima que predomina no município segundo a classificação Koppen-Geiger é do tipo tropical chuvoso (Aw), o período chuvoso é de março a julho, com temperaturas variando de 25,6 a 32ºC e precipitação pluviométrica média anual em torno dos 1300 mm (CLIMATE-DATA, 2017). Os solos que predominam no município são da classe dos Latossolos e Neossolos Quartzarênicos de textura arenosa, amplamente utilizados pela agricultura de subsistência e atividade canavieira (DINIZ et al., 2014).

Delineamento experimental e variáveis analisadas

Três perfis de solos foram selecionados com a finalidade de caracterizar os atributos físico-hídricos do solo antes da implantação de sistemas ILPF, em diferentes posições na paisagem (terço superior, médio e inferior). Um total de três trincheiras foram abertas com a finalidade de descrever morfologicamente os solos para fins de classificação taxonômica conforme procedimentos metodológicos contidos em Santos et al. (2013). Após a descrição geral e morfológica foram coletadas amostras com estrutura indeformada de cada horizonte que compõem as classes de solo avaliadas. No terço inferior coletaram-se amostras dos horizontes Ap1, Ap2, AB, Btx1 e Btx2, nas profundidades de 0 a 180 cm (PA2-TM), classificado como Argissolo Vermelho Amarelo distrófico arênico abrúptico fragipânico A moderado, textura arenosa/média fase floresta tropical subperinofolia, relevo suave ondulado.

No terço médio coletaram-se amostras dos horizontes Ap1, Ap2, AB, Bw1 e Bw2, nas profundidades de 0 a 200 cm (PC3-TM), classificado como Neossolo Quartzarênico órtico latossólico, relevo suave ondulado, A moderado textura arenosa, fase floresta subperenifolia. No terço superior, coletaram-se amostras nos horizontes Ap1, Ap2, CA, C1 e C2, de 0 a 185 cm de profundidade (PA7-TM), classificado como Neossolo Quartzarênico órtico típico, relevo plano, A fraco, textura arenosa fase floresta subperenifolia (Figura 1).

Figura 1. Variação de cota, ao longo da distância de coleta dos perfis de solo na paisagem, em Arez, Rio Grande do Norte.

As amostras foram coletadas em março de 2017 com auxílio de anéis metálicos com volume de 98,17 cm³, sendo duas amostras por camada, totalizando dez amostras por perfil. As amostras foram encaminhadas ao Laboratório de Análises Físicas de Solo do Departamento de Solos e Engenharia Rural da Universidade Federal da Paraíba para a realização de análises.

As variáveis analisadas foram: capacidade de aeração do solo (CAS), capacidade de campo (θ_CC), ponto de murcha permanente (θ_PMP), água disponível (AD) e capacidade de água disponível (CAD). Densidade do solo (ρ), porosidade total (α), macroporosidade e microporosidade (Ma, Mi), condutividade hidráulica saturada (K_θ), granulometria (areia, silte, argila), argila dispersa em água (ADA) e grau de floculação (GF).

A variável capacidade de aeração do solo (CAS), foi determinada segundo a relação de Reynolds et al. (2002), na eq. 1.

Em que: Pt é a porosidade total do solo (m³ m^-3); θ_CC é o conteúdo volumétrico de água na capacidade de campo (m³ m^-3) determinada pelo extrator de Richards a uma tensão de -0,033 MPa.

A Capacidade de água disponível no solo (CAD), foi determinada conforme Eq. 2, proposta por Assis et al. (2015) e Reichardt e Timm (2016), onde se multiplica o volume de umidade volumétrica da amostra, obtida pela diferença entre a CC e o PMP, pela espessura da camada avaliada em (mm).

Em que: é o conteúdo de água disponível na capacidade de campo (m³ m^-3); é o conteúdo de água no ponto de murcha permanente; Z – é a camada de solo avaliada, dada em (cm ou mm); depois obtém-se a lâmina de água armazenada no solo multiplicando-se o valor de (CAD) por 10.000 m², para se ter o volume de água armazenado no solo em litros por hectare.

As demais variáveis foram obtidas conforme metodologia descrita por Teixeira et al. (2017).

A porosidade total (m³ m^-3) foi determinada pelo volume de saturação do solo, conforme eq. 3.

Em que: VS - é o volume de saturação (m³ m^-3), A - massa do bloco de solo saturado (kg), B - massa do bloco de solo seco a 105 ºC (kg) e c - volume do cilindro (cm³).

A microporosidade (Mi) em m³ m^-3, foi obtida através da mesa de tensão com o volume de água no potencial matricial de -6kPa. A macroporosidade (Ma) m³ m^-3, foi obtida através da diferença entre a PT e Mi (Eqs. 4 e 5).

Em que: Mi é a microporosidade (m³ m^-3), mss (massa do solo seco a 105º C), PT (porosidade total), Ma é a macroporosidade (m³ m^-3), Ms 6 kPa - massa do solo submetido ao potencial matricial de 6 kPa na mesa de tensão (m³ m^-3) e v – volume do cilindro (cm³).

A condutividade hidráulica saturada K_θ, foi determinada com o auxílio do permeâmetro de carga constante, conforme eq. 6.

Em que: K_θ é a condutividade hidráulica saturada (cm h^-1), Q volume do percolado na proveta de coleta em (mL^-1), L altura do bloco de solo em (cm), A área do cilindro em (cm²), H (altura do bloco de solo + coluna de água, cm) e t (tempo em horas da coleta do volume percolado).

A densidade do solo (ρ) em Kg dm^-3, foi determinada através da relação entre a massa do solo seco/ volume da amostra. Para a obtenção dos valores de _, as amostras foram saturadas e submetidas aos potenciais matriciais - 33 kPa como capacidade de campo e - 1500 kPa como o ponto de murcha permanente, utilizando câmara de Richards.

O volume de água disponível AD (m³ m^-3) foi obtido através da relação entre. A granulometria foi determinada através do método do densímetro, utilizando o Hidróxido de Sódio (NaOH - 1 mol L^-1), como dispersante químico. A areia retida na peneira de 0,053 mm, foi fracionada em classes de tamanho, utilizando um separador mecânico com peneiras de (1,0; 0,50; 0,25; 0,105 e 0,053 mm). Os dados foram analisados com base na estatística descritiva e por meio de análises do coeficiente de correlação linear simples de Pearson p<0,05.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na Tabela 1, observa-se os valores médios de capacidade de aeração do solo, retenção e capacidade de água disponível no solo (CAD).

Os valores de capacidade de aeração do solo (CAS) estão acima do limite crítico de qualidade física adequada para solos arenosos, que segundo a literatura científica, varia de 0,15 a 0,34 m³ m^-3 (REYNOLDS et al., 2002; ASSIS et al., 2015). Entre os perfis avaliados, verificou-se menor CAS no PA2-TM, com 0,37 m³ m^-3, na profundidade avaliada de 130 cm.

Observa-se uma redução na CAS com o aumento de profundidade em todos os perfis avaliados, possivelmente pelo aumento de densidade (KLEIN; LIBARDI, 2002) e maiores concentrações de areia fina, silte e argila em relação as camadas superficiais. Para Tormena et al. (2002), valores de porosidade de aeração abaixo de 10-15% são, geralmente, adotados como restritivos para o crescimento e produtividade da maioria das culturas. Contudo, verifica-se que a CAS está acima do limite crítico em todos os perfis avaliados por esse estudo.

Contudo, o aumento expressivo na capacidade de aeração do solo acima do limite crítico de 0,34 m³ m^-3, pode indicar baixa capacidade de retenção e disponibilidade de água para as plantas, em decorrência da correlação negativa apresentada entre a capacidade de campo, o ponto de murcha permanente e a CAS. Na Tabela 1, é possível observar que o conteúdo de água na θcc e θpmp, foram expressivamente baixos na profundidade de até 90 cm, nos perfis avaliados. Possivelmente pela rapidez na entrada de ar após o início do processo de drenagem, o que implica no processo de secamento mais rápido do solo, em função dos maiores teores de areia grossa (FIDALSKI et al., 2013).

Com relação a profundidade, observa-se que a redução na CAS, foi proporcional ao aumento da densidade do solo e elevação no volume de microporos. Alterando as trocas gasosas, a retenção de água e ocasionando impedimento mecânico ao crescimento das raízes (REICHERT et al., 2007; BRAGA et al., 2015).

Por influenciar no desenvolvimento dos vegetais, a CAS, deve ser utilizada como um indicador de qualidade física do solo, assim como os demais atributos Ds, Rp e porosidade. Pois, sua determinação é de grande importância para entender a dinâmica de gases e água no solo. Atenção deve ser dada principalmente, neste trabalho, aos solos no terço inferior da pendente que apresentam o caráter fragipânico, a partir dos 95 cm de profundidade caso do PA2-TM, onde a CAS apresentou redução bastante significativa (Figura 1, Tabela 1).

Quanto ao intervalo de AD, Tabela 1, observa-se que os maiores volumes de água, estão contidos entre as profundidades de 90 a 145 cm, o que implicaria na absorção de água por espécies vegetais de sistema radicular superficial. A maioria das culturas apresentam 70% de suas raízes entre as profundidades de 20 a 40 cm (LUCAS et al., 2012).

Parahyba et al. (2010), trabalhando com retenção de água em solos arenosos de Petrolândia, no estado de Pernambuco, observaram que a maior retenção de água foi obtida entre as profundidades de 92 a 200 cm. Para eles, esse comportamento está relacionado ao maior número de partículas finas (areia fina, silte e argila) e microporosidade em profundidade.

Para a CAD, observa-se que houve aumento da capacidade armazenada, com o aumento de profundidade do solo, geralmente, acima dos 40 cm, isso para os três perfis avaliados. A CAD apresentou correlação linear negativa com a frações granulométricas AG e AME e linear positiva com o volume de microporos (Tabela 5).

Os maiores volumes de CAD encontrados, foram de 22,5 mm entre as profundidades de 130-180 cm no PA2-TM Btx2 e de 21,45 mm entre as profundidades de 90-145 cm no PA7-TM C1. Esses valores são indícios de necessidade na adoção de técnicas de manejo que promovam uma maior retenção de água em superfície, através da manutenção da cobertura vegetal e deposição de matéria orgânica.

Na Tabela 2, verifica-se os dados de granulometria, argila dispersa em água e grau de floculação dos perfis de solo. Pode-se observar predominância da fração areia nos três perfis avaliados.

Quanto a granulometria dos perfis avaliados, o perfil PA2-TM apresentou teores consideráveis da fração areia dos 0 aos 50 cm de profundidade, sendo, portanto, classificado como areia; contudo dos 50 aos 180 cm, a classificação textural do perfil mudou de areia para areia franca, em função dos teores de silte e argila encontrados em profundidade, caracterizando um horizonte B textural com caráter fragipânico.

O perfil PA7-TM apresentou predominância da fração areia até os 90 cm de profundidade, sendo classificado como areia dos 0 aos 90 cm e como areia franca dos 90 aos 185 cm de profundidade. Já o perfil PC3-TM, apresentou predominância da fração areia dos 0 aos 36 cm de profundidade, contudo, dos 36 aos 200 cm de profundidade, observou-se um aumento considerável nos teores de argila e silte, classificando os horizontes na classe textural areia franca. Apesar da profundidade, os solos avaliados aparentam ser pedogeneticamente jovens em função do elevado teor de areia que neles foram encontrados, nas mais variadas classes de tamanho, Tabela 3. Verifica-se maior predominância da fração areia média (AME) em todos os perfis avaliados, o que pode explicar a baixa capacidade de retenção de água nesses solos. O conteúdo de argila mais representativo foi verificado no perfil PA2-TM entre as profundidades de 95 a 180 cm, localizado na cota inferior da paisagem (Figura 1).

Solos arenosos apesar de cultiváveis podem ser considerados como paradigmas para a produção de alimentos. Pois, geralmente, são solos que apresentam baixa fertilidade natural e reduzido teor de matéria orgânica, interferindo na capacidade de troca de cátions e na baixa capacidade de retenção de água para as plantas (OLIVEIRA, 2017).

Segundo Donagema et al. (2016), os solos arenosos representam cerca de 8% dos solos do país, geralmente compostos por Neossolos quartzarênicos e em parte por Latossolos e Argissolos. Para os mesmos autores, medidas conservacionistas devem ser adotadas como forma de contribuir para o zoneamento agrícola e estimar o potencial produtivo desses solos caracterizados como leves; uma das alternativas apresentada pelos autores é a adoção de sistemas integrados de produção, tais como a integração lavoura-pecuária e a integração lavoura-pecuária-floresta.

Para Gazolla et al. (2015), a adoção dos sistemas integrados de produção em solos arenosos pode promover inúmeros benefícios como a manutenção de resíduos vegetais em superfície e melhorias nos atributos físicos, químicos e biológicos do solo. Além do que, favorece a agregação através do processo de cimentação pelo resíduo vegetal em superfície que está sendo decomposto (WOHLENBERG et al., 2004).

Os perfis avaliados apresentaram baixo conteúdo de argila dispersa em água ADA. Observa-se que o perfil PC3-TM, apresentou maiores conteúdos de ADA em superfície, mantendo-se constante entre as profundidades de 0 a 90 cm.

O perfil PA2-TM não apresentou ADA nos horizontes superficiais em função do baixo conteúdo de argila encontrado nas análises, contudo, observou-se um aumento do conteúdo de argila dispersa em água com o aumento de profundidade das camadas avaliadas. O aumento do conteúdo de (ADA) em profundidade, deve-se ao fato do elevado teor de argila encontrado dos 95 aos 180 cm.

Nos horizontes CA (90 - 145 cm) do perfil PA7-TM, e Bw1 (90 - 140 cm) do perfil PC3-TM, observou-se ausência da fração argila. Nos perfis acima citados, houve predominância da fração areia com 92,2% no horizonte CA e 85,7% no horizonte Bw1.

Além da susceptibilidade à erosão, solos como elevados teores de argila dispersa em água trazem outros empecilhos a qualidade física e estrutural do solo, tais como, obstrução dos poros e posterior redução da permeabilidade de água e ar (MOTA et al., 2015).

Os perfis avaliados apresentaram elevado grau de floculação na maior parte dos horizontes avaliados, com exceção dos CA PA7-TM e Bw1 PC3-TM, em função de ausência da fração argila. Nas camadas superficiais a deposição de restos vegetais e o acúmulo de matéria orgânica influenciaram na elevação do grau de floculação do solo (PRADO; NATALE, 2003). Contudo, a elevação do grau de floculação em profundidade pode estar relacionada a baixa capacidade de mobilização ou pela presença de elementos floculantes no solo, como Al³⁺ e H⁺ (GASPARETTO et al., 2007).

Em função da cimentação promovida pela matéria orgânica em superfície, a adoção dos sistemas integrados de produção, podem contribuir para a conservação e elevação do grau de floculação do solo. As raízes das gramíneas em superfície e a menor mobilização do solo ao longo do tempo, reduzem o processo de desagregação do solo, mantendo sua estrutura e elevando sua capacidade produtiva.

Para Santos et al. (2010) e Vicente et al. (2012), a análise de atributos como argila dispersa em água e grau de floculação, são fundamentais para a avaliação da agregação e estudos de conservação dos solos. Sendo, portanto, uma maneira de avaliar a eficiência dos sistemas integrados de produção na melhoria dos atributos físicos do solo, diante dos sistemas convencionais de cultivo.

Na Tabela 4, estão apresentados os valores médios de densidade do solo, porosidade total, macroporosidade, microporosidade e condutividade hidráulica saturada dos três perfis de solo sob sistema de integração lavoura-pecuária floresta.

Observa-se que em todos os perfis avaliados houve aumento de densidade do solo com o aumento de profundidade, com valores médios acima de 1,50 kg dm^-3 de solo. A microporosidade apresentou elevação com o aumento de profundidade do solo, indicando haver relação direta entre a Mi e densidade do solo (r=0,7 p<0,05) (Tabela 5). A microporosidade aumenta com o aumento de ρ e profundidade do solo.

Considerando-se a faixa de 1,70 a 1,80 kg m^-3 como limitante para valores médios de densidade em solos com textura arenosa (REICHERT et al., 2003), observa-se que no perfil PA2-TM, a densidade passou a ser limitante a partir dos 50 cm de profundidade (1,70 kg dm^-3), enquanto nos perfis PA7-TM e PC3-TM, a limitação ocorreu a partir dos 90 cm de profundidade.