RELATÓRIO TÉCNICO FINAL DE PROJETO

Projeto Agrisus No: 1236/13

Período relacionado: 01 de janeiro de 2014 à 30 de dezembro de 2016.

Título da Pesquisa: Estratégias para mitigação da compactação do solo no sistema plantio direto

Interessado (Coordenador do Projeto): Moacir Tuzzin de Moraes

Participantes: Henrique Debiasi; Renato Levien; Julio Cezar Franchini, Michael Mazurana e

Altamir Mateus Bertollo.

Instituição:

Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Endereço: Av. Bento Gonçalves, 7712, Prédio 41506

Telefone: (55) 9934-7732

E-mail: moacir.tuzzin@gmail.com

Local da Pesquisa: Londrina/PR e Eldorado do Sul/RS

Valor financiado pela Fundação Agrisus: R$ 44.000,00

Vigência do Projeto: 05.10.13 a 30.12.16

RESUMO SIMPLES DO RELATÓRIO:

Os objetivos deste trabalho foram (i) avaliar o potencial de diferentes espécies vegetais na

entressafra da soja, para a recuperação física de camadas com diferentes graus de compactação do

solo no curto prazo e; (ii) selecionar indicadores do estado de compactação do solo e determinar os

respectivos valores críticos ao desenvolvimento das plantas. O uso de sistemas de cultivo com

culturas com sistema radicular abundante favorece melhorias na qualidade física dos solos, e a

brachiária e a aveia são excelentes alternativas para redução dos efeitos da compactação do solo. O

efeito da escarificação do solo é temporário no solo (efêmero a um ano), e a compactação do solo

pelo tráfego de máquinas é reduzida rapidamente em função do uso de sistemas de cultivos com

rotação de culturas. O sistema plantio direto com uso de plantas com sistemas radiculares abundantes

deve ser preconizado para a manutenção da qualidade física dos solos, com adequados fluxos de água

e de ar na zona radicular das culturas. O número de dias com que a cultura foi submetida a condições

de estresses físicos podem ser usados por meio de modelagem para interpretações da qualidade física

dos solos.

RESUMO EXPANDIDO DO RELATÓRIO:

Introdução

O uso do sistema plantio direto, mesmo em algumas áreas sendo usado a mais de 40 anos,

continua apresentando problemas relacionados com a presença de camadas compactadas entre 10 e

20 cm. A falta do conhecimento das respostas das melhorias das condições físicas dos solos pelo

sistema radicular das culturas tem sido um dos principais entraves para a expansão das áreas com

rotação de culturas e o uso continuado da escarificação mecânica dos solos. O sistema radicular das

culturas pode proporcionar produção de poros contínuos no perfil do solo, os quais reduzem a

resistência à penetração das próximas culturas.

Objetivos

Os objetivos deste trabalho foram (i) avaliar o potencial de diferentes espécies vegetais na

entressafra da soja, para a recuperação física de camadas com diferentes graus de compactação do

solo no curto prazo e; (ii) selecionar indicadores do estado de compactação do solo e determinar os

respectivos valores críticos ao desenvolvimento das plantas.

Materiais e Métodos

Dois experimentos foram implantados, um em um Latosolo Vermelho (Londrina-PR), e outro

em um Argissolo Vermelho (Eldorado do Sul-RS). No Latossolo foi implantado em 2013, um

experimento com 4 níveis de compactação (escarificação, sistema plantio direto e 4 tráfegos de trator

ou 8 passadas de colhedora) em 4 sistemas de cultivos (soja no verão, com trigo, milho, brachiária ou

aveia preta no inverno).

No Argissolo Vermelho, em um experimento com seis níveis de compactação (solo

escarificado, sistema plantio direto e 2, 4, 8 e 12 tráfegos de trator) foram cultivadas as culturas de

soja, milho, trigo e aveia preta, nas safras de verão de 2013/14 até o inverno 2016.

Os atributos físicos do solo e as produtividades de grãos, biomassa e sistemas radiculares das

culturas foram avaliados. A modelagem do crescimento radicular de soja e milho foi realizada usando

as condições físicas dos solos em linguagem de programação MATLAB® considerando as condições

meteorológicas e a dinâmica da água e de resistência do solo.

Resultados e Discussões

A produtividade de grãos em áreas de solo escarificado ou com compactação excessiva (12

tráfegos de trator ou 4 tráfegos de colhedora) foi reduzida em relação ao sistema plantio direto.

Entretanto, o tráfego em até 4 vezes aumentou a produtividade de grãos de soja, milho e trigo em

Argissolo Vermelho, provavelmente pela redução da macroporosidade e aumento da disponibilidade

hídrica do solo. Em Latossolo, valores de densidade do solo acima de 1,3 Mg m-3, resistência do solo

à penetração acima de 3 MPa, em condição de capacidade de campo, ou macroporosidade abaixo de

5% ou em excesso à 15% podem reduzir a produtividade de grãos das culturas.

A produção de massa seca radicular, das culturas no Latossolo Vermelho da maior para a menor

quantidade pode ser ordenada na sequência de brachiária, milho, aveia-preta, soja e trigo. A brachiária

apresentou maior potencial de crescimento radicular em profundidade no Latossolo, se apresentando

como ótima potencial para redução dos efeitos da compactação nas culturas subsequentes.

Entretanto não são apenas limites físicos que determinam a produtividade das culturas, e sim o

número de dias com que as culturas firam acima de determinados limites, o quais podem ser

observados por meio da modelagem dos processos físicos para o crescimento das culturas.

Conclusões

O uso de sistemas de cultivo com culturas com sistema radicular abundante favorece melhorias

na qualidade física dos solos, e a brachiária e a aveia são excelentes alternativas para redução dos

efeitos da compactação do solo. O efeito da escarificação do solo é temporário no solo (efêmero a um

ano), e a compactação do solo pelo tráfego de máquinas é reduzida rapidamente em função do uso de

sistemas de cultivos com rotação de culturas. O sistema plantio direto com uso de plantas com

sistemas radiculares abundantes deve ser preconizado para a manutenção da qualidade física dos

solos, com adequados fluxos de água e de ar na zona radicular das culturas. O número de dias com

que a cultura foi submetida a condições de estresses físicos podem ser usados por meio de modelagem

para interpretações da qualidade física dos solos.

RELATÓRIO FINAL:

1. INTRODUÇÃO:

O sistema plantio direto (SPD) tem sido reconhecido como o sistema de manejo do solo mais

importante para a sustentabilidade dos agroecossistemas brasileiros. A expansão da área agrícola

manejada sob SPD, hoje estimada em cerca de 32 milhões de hectares, só foi possível em função do

desenvolvimento continuado de soluções tecnológicas para superar os problemas e as dificuldades

relacionadas ao manejo desse sistema, bem como para aperfeiçoá-lo e adaptá-lo às diferentes regiões

do país. No entanto, apesar dos quase 40 anos de pesquisas e observações acumuladas por produtores,

técnicos e pesquisadores, alguns problemas ainda persistem e, merecem ser mais bem estudados.

Dentre eles, destaca-se a existência, em quase todas as áreas sob SPD, de uma camada de maior grau

de compactação, geralmente posicionada a 0,1-0,2 m de profundidade (Debiasi et al., 2010; Franchini

et al., 2011).

Dentre as principais classes de solos de ocorrência no Brasil, destacam-se os Latossolos e

Argissolos, que representam 58% dos solos brasileiros, sendo que estes são os principais solos

utilizados para cultivo de sequeiro no Brasil. Considerando que estes solos apresentam potenciais

para ocorrência dos processos de compactação do solo, requer que sejam determinados quais são os

limites críticos para o crescimento e desenvolvimento das culturas produtoras de grãos e também para

a recuperação física dos solos por espécies vegetais. Entretanto, até o momento não há clareza de

quais são os níveis críticos de compactação do solo, aos quais plantas toleram sem que ocorram perdas

produtivas. Isso favorece que em muitos casos, seja indicada a utilização de práticas invasivas,

principalmente a escarificação do solo no sistema plantio direto, interferindo na estruturação do solo

e na dinâmica da água e de nutrientes para as plantas, colocando em risco a sustentabilidade do

sistema plantio direto. Portanto, as práticas de manejo que mobilizam intensamente o solo no sistema

plantio direto, podem causar desestruturação do sistema, o qual levará muito mais tempo para que

chegar a um novo estado de equilíbrio. Considerando que no Brasil existem aproximadamente 32

milhões de hectares em sistema plantio direto, sendo que isso está sendo direcionado para uma nova

etapa deste sistema, o qual necessita que sejam identificados os limites críticos das principais

propriedades emergentes, para que assim, seja possível preservar o ambiente e produzir alimentos de

forma sustentável.

A degradação da qualidade física do solo causada pelo processo de compactação podem

diminuir a produtividade das culturas, especialmente em anos secos e/ou com excesso de chuvas

(Torres & Saraiva, 1999), e com isso, podem colocar em risco a sustentabilidade do SPD. Isso porque

a degradação da qualidade física do solo reduz o desenvolvimento radicular e a disponibilidade de

água, oxigênio e nutrientes às plantas. Além disso, a compactação exerce efeitos negativos sobre o

ambiente, aumentando as perdas de água e nutriente, as emissões de gases causadores do efeito estufa

e a poluição dos recursos hídricos.

Uma das medidas preconizadas para melhorar a qualidade física de solos compactados é a

adoção de sistemas de rotação de culturas que contemplem plantas com elevado potencial de

produção de fitomassa e caracterizadas por um sistema radicular abundante, profundo e agressivo.

Entretanto, existem poucos trabalhos de pesquisa a respeito da eficiência e do tempo necessário para

que as culturas de cobertura reduzam o grau de compactação do solo a níveis não limitantes ao

crescimento das plantas. Assim, persistem dúvidas quanto à eficiência dessa prática, principalmente

no que se refere à produtividade e desempenho econômico das culturas durante o período de

recuperação do solo, que pode ser longo (Corsini & Ferraudo, 1999). Concomitantemente, existem

poucas informações a respeito do grau de compactação acima do qual a recuperação por métodos

biológicos torna-se técnica e economicamente inviável. Neste contexto, a utilização de hastes

sulcadoras para a deposição do adubo na semeadura pode reduzir os efeitos negativos da compactação

do solo sobre o desenvolvimento das culturas principalmente enquanto a recuperação da qualidade

física do solo por métodos biológicos está em andamento.

A falta de uma resposta consistente ao uso de métodos biológicos de recuperação de solos

compactados, em termos de melhoria da qualidade física do solo, tem colocado em risco a

sustentabilidade do SPD, e muitas vezes a escarificação tem sido indicada como alternativa ao

rompimento de camadas compactadas de solo no SPD (Klein & Camara, 2007). Embora a

escarificação seja capaz de romper camadas compactadas de solo de modo imediato, os seus efeitos

persistem, em geral, por um período efêmero, igual ou inferior a um ano (Veiga et al., 2007), uma

vez que essa operação não elimina a causa da compactação do solo, mas somente os sintomas

(Franchini et al., 2009). No entanto, é possível que a associação da escarificação com espécies

vegetais caracterizadas por uma elevada produção de fitomassa e por um sistema radicular agressivo,

abundante e profundo se constitua em uma prática eficiente para a descompactação do solo em curto

prazo.

Existem diversos indicadores do estado de compactação do solo, sendo a RP, a

macroporosidade e a densidade do solo (Ds) os mais utilizados. Atualmente, o grande desafio é

estabelecer, para esses indicadores, valores considerados críticos ou restritivos ao crescimento das

plantas. Entretanto, há pequena sensibilidade dos indicadores físicos tradicionalmente utilizados (Ds,

porosidade e RP) em detectar alterações no volume, geometria e continuidade dos bioporos (Reichert

et al., 2007). Assim, a utilização de indicadores quantitativos e semi-quantitativos da estrutura do

solo, tais como, a avaliação visual da qualidade do solo (VESS) (Guimarães et al., 2011) e os

parâmetros anatômicos do sistema radicular das culturas (Bergamim et al., 2010) podem ser úteis na

detecção de melhorias da qualidade física do solo pelo uso de plantas de cobertura.

Assim, o projeto tem por objetivos: 1) avaliar o potencial de diferentes espécies vegetais na

entressafra da soja, para a recuperação física de camadas com diferentes graus de compactação do

solo no curto prazo e; 2) Selecionar indicadores do estado de compactação do solo e determinar os

respectivos valores críticos ao desenvolvimento das plantas.

2. MATERIAIS & MÉTODOS

O projeto foi realizado em dois experimentos, implantados em duas regiões. O primeiro

experimento está localizado na Fazenda Experimental da Embrapa Soja, em Londrina/PR, e iniciou

em 2013, sobre um Latossolo Vermelho Distroférrico com textura muito argilosa (75% de argila). O

segundo foi conduzido na Estação Experimental Agronômica da Universidade Federal do Rio Grande

do Sul (UFRGS), no município de Eldorado do Sul/RS, em Argissolo Vermelho Distrófico com

textura franco-argilo-arenosa (24% de argila). No período de junho de 2015 até maio de 2016 o

doutorando Moacir esteve realizando um período de Doutorado Sanduiche no Instituto James Hutton,

na Escócia, Reino Unido, para aprimorar as análises dos resultados coletados neste experimento.

Experimento 1 – Londrina/PR (Embrapa Soja)

O experimento foi conduzido em uma área da Fazenda Experimental da Embrapa Soja, no

município de Londrina/PR (23°11’ S e 51°11’ W, altitude de 600 m), situada em região que apresenta

clima tipo Cfa, subtropical úmido mesotérmico, segundo a classificação de Köppen, com médias

anuais de 20°C de temperatura e de 1340 mm de precipitação. O solo desta área é classificado como

Latossolo Vermelho Distroférrico.

O experimento consiste em um fatorial 4x4 (espécies vegetais x níveis de compactação) sob

o delineamento experimental de blocos ao acaso com três repetições e parcelas subdivididas. O fator

espécie vegetal, nas parcelas, é constituído por quatro espécies vegetais de outono-inverno: (i) trigo;

(ii) milho 2ª safra; (iii) Urochloa ruziziensis (Brachiária); e (iv) aveia preta. O fator nível de

compactação, alocado nas subparcelas, consistem de quatro estados de compactação (EC)

estabelecidos por diferentes intensidades de tráfego e mobilização do solo: Esc = sistema plantio

direto (SPD) com mobilização de solo por meio de um escarificador de 5 hastes espaçadas 35 cm

entre si, equipado com rolo destorroador e ponteiras com 8 cm, sendo a profundidade média de

escarificação equivalente a 25 cm; SPD = SPD sem compactação adicional e sem escarificação; C4

= SPD com compactação adicional por 4 passadas de um trator CBT 4 x 2 TDA, modelo 8060,

equipado com estrutura para pá/concha na dianteira, pneus dianteiros Goodyear 14.9-24 R1 e traseiros

Goodyear 18.4-34 R1, completo em lastros (metálicos e líquido nos pneus), com massa total de 7,2

Mg; e C8 = SPD com compactação adicional por 8 passadas de uma colhedora SLC 6200 com o

depósito de grãos vazio, equipada com plataforma de colheita de milho (4 linhas), pneus dianteiros

Pirelli 18.4-30 R1 e traseiros Pirelli 9.00-16, com massa total de 9,5 Mg. No momento da realização

dos tráfegos, o solo se encontrava na capacidade de campo (conteúdo de água do solo na camada de

0-20 cm de 0,33 g g-1). A escarificação foi realizada quatro dias depois, quando o solo se encontrava

em sua consistência friável (conteúdo de água de 0,29 g g-1, na camada de 0-20 cm). No inverno do

primeiro ano (2013) foi implantada a cultura do trigo em todas as parcelas (12 repetições). No verão

(2013/14), foi implantada a cultura da soja em todos os tratamentos. No inverno do segundo ano

(2014) foi implantada as culturas que compõem o segundo fator (trigo, milho, aveia preta e

brachiária). No verão (2014/15) foi implantada a cultura da soja em todos os tratamentos.

Experimento 2 – Eldorado do Sul/RS (Estação Experimental Agronômica da Universidade

Federal do Rio Grande do Sul)

O experimento foi conduzido em uma área da Estação Experimental Agronômica da

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (EEA/UFRGS), no município de Eldorado do Sul/RS,

na região fisiográfica da Depressão Central. O solo é classificado como Argissolo Vermelho

Distrófico. A textura superficial deste solo é franco-argilo-arenosa. A área apresenta uma declividade

média de 0,03 m m-1. O clima da região é subtropical úmido (Cfa, pela classificação de Koppen), com

temperaturas médias mensais variando de 13,9ºC e 24,9ºC e precipitações médias entre 96 mm e 168

mm, totalizando 1440 mm anuais.

O experimento consiste em um delineamento experimental de blocos ao acaso com três

repetições. Os tratamentos são constituídos por seis níveis de compactação: (Esc) Preparo reduzido

com escarificação do solo, sem tráfego; (SPD) SPD sem tráfego adicional; e SPD trafegado por duas

(C2); quatro (C4); oito (C8) e doze (C12) vezes com um trator Valtra, modelo BM125i, com massa

de 5,3 t, com pneus dianteiros 14.9-26R1 e traseiros 23.1-30R1, com pressão de insuflagem de 219,78

e 153,18 kPa, respectivamente. A pressão de contato dos pneus dianteiros e traseiros com o solo,

determinada pelo método de O’Sullivan et al. (1999), foi de 183 e 155 kPa, respectivamente. No

verão de 2013/14 foi implantada a cultura da soja, e no inverno de 2014 foi cultivado a cultura do

trigo. No verão do segundo ano (2014/2015) foi implantada a cultura do milho e no inverno de 2015

a cultura da aveia preta foi cultivada.

Amostragem de solo para propriedades físicas

Em Londrina, as amostragens de solo foram realizadas nas entrelinhas de cultivo durante o

ciclo vegetativo das culturas (verão 2013/2014, inverno 2014 e verão 2014/15), utilizando anéis

metálicos (diâmetro e altura de 0,05 m) realizadas após cada cultivo. Amostras indeformadas de solo

por parcela e camada (0,0-0,10; 0,10-0,20 e 0,20-0,30 m), foram coletadas para determinação da

densidade do solo, porosidade total, macro e microporosidade, resistência do solo à penetração e a

curva de retenção de água do solo.

Em Eldorado do Sul, as amostragens para os atributos físicos, nas camadas de 0-10; 10-20;

20-30 e 30-40 cm, foram realizadas durante o período reprodutivo das culturas nas safras de verão de

2014/15 e inverno de 2015, juntamente com a coleta de raízes das culturas.

Amostragem de solo para propriedades químicas

Em Londrina, as amostras de solo foram coletas após o cultivo da safra de verão 2013/14. Em

cada parcela, foram abertas trincheiras com pá de corte, onde foi coletado o solo nas camadas de 0,0-

0,10, 0,10-0,20 e 0,20-0,30 cm. Logo após a coleta, o solo foi seco em estufa de circulação forçada

de ar ±40ºC, peneirado em malha de 2 mm e armazenado para as análises.

Em Eldorado do Sul, as amostras de solo, para análises químicas foram coletadas na safra de

2014/15. Nas parcelas, foram coletadas amostras de solo nas camadas de 0-10; 10-20; 20-30 e 30-40

cm.

Determinação das propriedades físicas do solo

No laboratório, as amostras foram preparadas com a retirada do excesso de solo. Em seguida,

as mesmas foram saturadas em recipientes por meio da manutenção de uma lâmina de água máxima

de dois terços da altura dos anéis metálicos por aproximadamente 72 horas, até a completa saturação

do solo. Após a saturação, passam para a determinação da resistência do solo à penetração e da curva

de retenção de água no solo (CRA).

Em cada experimento, as amostras foram submetidas aos potenciais matriciais de -3 e -6 kPa

utilizando mesa de tensão (EMBRAPA, 1997). Posteriormente, grupos de amostras são submetidos

à tensões equivalentes a um dos seguintes potenciais matriciais: -10; -33; -100; -500 kPa por meio de

pressões aplicadas em câmaras de Richards com placas porosas. Após atingirem o equilíbrio em cada

potencial matricial (-6; -10; -33; -100 e -500 kPa), as amostras são pesadas e determinada a RP

utilizando um penetrógrafo estático de bancada. O penetrógrafo, modelo MA-933 da marca Marconi,

é constituído de uma haste metálica com um cone na sua extremidade com semi-ângulo de 30°,

diâmetro de 4 mm e área da base de 0,1256 cm2, ligado a um medidor composto por uma célula de

carga com capacidade nominal de 20 kgf. A velocidade de penetração será de 20 mm min-1. Logo

após, as amostras são secas em estufa a ±105°C por 24h. O θ é quantificado pelo quociente da massa

de água retida na amostra em cada potencial matricial em relação ao volume do solo de cada amostra.

A Ds é obtida conforme metodologia descrita em Embrapa (1997). A resistência do solo à penetração

também foi avaliada no campo, utilizando um penetrômetro estático digital. Juntamente com esta

análise foi determinado o conteúdo de água do solo.

A determinação do conteúdo de água retido nos potenciais de -1.000 e -1.500 kPa, é

empregado com auxílio de um psicrômetro modelo WP4-C, utilizando amostras deformadas (KLEIN

et al., 2006). Assim, o conteúdo gravimétrico de água do solo é multiplicado pelo valor médio de Ds

em cada repetição de campo dos tratamentos, resultando no θ no potencial de -1.000 e -1.500 kPa.

São determinados os conteúdos de água na capacidade de campo e no ponto de murcha permanente,

para realizar a determinação da capacidade de água disponível e da fração de água disponível na

camada de 0,0-0,30 m.

No campo, foi determinada a infiltração tridimensional de água no solo e a condutividade

hidráulica do solo (permeabilidade do solo) utilizando um permeâmetro modelo IAC (Vieira, 1998).

O qual funciona baseado no princípio de Mariotte, fornecendo água sob carga constante a um orifício

feito no solo com dimensão de 5 cm. As determinações foram realizadas nas profundidades de 0,10

e 0,20 m.

Determinação dos parâmetros radiculares

Em Londrina, foram coletadas raízes das plantas de trigo (inverno 2013 e 2014) (Figura 1a,

1f), soja (safra 2013/14 e 2014/15) (Figura 1b), Urochloa ruziziensis (safra de 2014) (Figura 1c),

milho (safra de 2014) (Figura 1d), e aveia preta (safra de 2014) (Figura g).

Em Eldorado do sul, foram avaliadas as raízes de soja (safra 2013/14) (Figura 1e) e de trigo

(inverno 2014) (Figura 1h), todas as coletas seguiram metodologia de coleta de monólitos (BÖHM,

1979). As raízes foram lavadas e armazenadas em álcool 70% (Figura 2) até realização do

escaneamento para determinação do volume, comprimento, área superficial, diâmetro e densidade

radicular utilizando o software Safira®. A massa verde e seca das raízes foram determinadas.

Figura 1. Coleta de monólitos para quantificação de raízes de trigo (a,f), soja (b), Urochloa ruziziensis

(c), milho (d) e aveia preta (g) em Londrina e, de soja (e) e trigo (h) em Eldorado do Sul.

a) b) c)

f) g) h)

d) e)

Figura 2. Raízes de aveia preta, na camada de 0-10 cm, em função de níveis de compactação em

Latossolo Vermelho. Esc: preparo reduzido com escarificação do solo; SPD: sistema plantio direto;

C4: SPD com 4 tráfegos com trator de 7,2 Mg; C8: SPD com oito tráfegos de colhedora com massa

total de 9,5 Mg.

Anatomia radicular

A anatomia das raízes das culturas de soja e milho, presentes nas camadas de 0,0-0,10 m, foi

determinada por meio de metodologia descrita em Bergamin et al. (2010). As raízes foram cortadas

em fragmentos de 5 mm, fixados em formalina‑acetato‑álcool etílico a 50% (F.A.A. 50%) e/ ou em

Glutaraldeido (1% em tampão fosfato 0,1M, pH 7,2), e mantidas embebidas nesta solução até o

processo de desidratação em série alcoólica. A desidratação foi realizada em série alcoólica, e os

fragmentos de raízes são embebidos em historesina. Após a preparação do material foram feitas

secções finas (0,5 µm) em micrótomo. As secções foram transferidas para lâminas permanentes para

os procedimentos, as quais são coradas com Azul de Toluídina 0,05% (aq.) (Hagquist, 1974). Depois

de serem montadas as lâminas permanentes, as imagens foram obtidas em um microscópio óptico

com iluminação de campo claro e de contraste diferencial.

Determinação das propriedades químicas do solo

As amostras foram moídas após secagem por 24 h a 60ºC. Em seguida, as amostras são

pesadas em balança analítica específica, utilizando-se 40 mg de amostras para a análise. O teor de

carbono orgânico total (C) e nitrogênio total (N) são determinados pelo método da combustão a seco,

utilizando um analisador elementar orgânico de C e N (modelo Flash 2000). Os demais atributos

químicos do solo são quantificados de acordo com a metodologia de Pavan et al. (1992). São

determinados os valores do potencial hidrogeniônico (pH) em solução de CaCl2 0,01 mol L-1 na

relação 1:2,5 (solo:solução); cálcio (Ca), magnésio (Mg) e alumínio (Al) extraídos com solução de

KCl 1 mol L-1 na relação 1:10 (solo:solução), sendo Ca e Mg determinados por espectrofotometria

de absorção atômica e Al por titulação com NaOH 0,015 N, sendo utilizado o indicador azul de

bromotimol; acidez potencial (H + Al) pelo pH em SMP, a partir da curva de calibração do pH SMP

versus H + Al para os solos do Paraná; fósforo (P) e potássio (K) são extraídos com solução de

Mehlich-1 (HCl 0,05 mol L-1 + H2SO4 0,025 mol L-1), e determinados por colorimetria

(espectofotômetro a 630 nm) e fotometria de chama, respectivamente (FRANCHINI et al., 2000).

Os valores de soma de bases (SB) são obtidos em função da soma dos valores dos cátions

trocáveis (Ca2+ +, Mg2+ +, K+, Na+). A capacidade de troca de cátions a pH 7,0 (T) é determinada pela

soma dos valores de SB com os valores de H+Al. A saturação de bases (V%) é quantificada pela

relação percentual da SB com o valor de T.

Parâmetros de plantas

A produtividade de grãos das culturas de trigo, soja e milho (Londrina e Eldorado do Sul)

foram determinadas pela colheita mecânica das linhas centrais de cada parcela. No inverno de 2014,

foram determinadas as produtividade de massa de aveia preta e Urochloa ruziziensis no experimento

em Londrina, por meio da coleta de amostras em 1m2 e em duplicata por parcela. Em casos de

avaliação da produção de grãos, os grãos foram limpos e pesados, e os valores obtidos corrigidos para

uma umidade de 13%. Nos grãos obtidos da cultura do trigo, foi determinado o peso hectolitro (PH),

sendo que é uma análise física do grão, e é a massa de 100 litros de trigo expressa em kg hl -1. Na

ocasião da colheita da soja, são avaliadas as seguintes características na área útil: altura da planta,

dada pela distância do colo da planta até a extremidade da haste principal, em cm, medida em cinco

plantas aleatoriamente; altura de inserção do primeiro legume dada pela distância do colo da planta

até a extremidade inferior do primeiro legume, em cm, de cinco plantas tomadas aleatoriamente. Na

ocasião da colheita do milho, são avaliadas as seguintes características na área útil: altura da planta,

dada pela distância do colo da planta até a inserção da última folha, medida em cinco plantas

aleatoriamente; altura de inserção da espiga, dada pela distância do colo da planta até a extremidade

inferior da inserção da espiga, de cinco plantas tomadas aleatoriamente. A massa de mil grãos, em

todas as culturas, é determinada conforme metodologias descritas nas regras para análises de

sementes (BRASIL, 2009).

Modelagem do crescimento radicular

Um modelo de crescimento radicular foi elaborado com dados climáticos, do solo e

características das culturas. Assim, este modelo possibilita simular o crescimento radicular das

culturas em função das condições físicas do solo, do fluxo de água no solo e das condições

meteorológicas do local. O modelo trabalha em linguagem de programação MatLab®, o qual incluí

parâmetros de arquitetura radicular (Leitner et al., 2010a,b) associado a solução numérica do fluxo

de água no solo pelo modelo de Richards (Van Dam & Feddes, 2000) e absorção de água pelas plantas

pelo potencial do fluxo matricial (De Jong Van Lier et al., 2008). Os parâmetros de entrada são os

fatores de clima (precipitação, temperatura, umidade relativa, evaporação e transpiração potencial),

do solo (densidade, condutividade hidráulica, curva de retenção de água e de resistência do solo) e de

arquitetura radicular (taxa de crescimento inicial, comprimento da zona apical e basal, espaçamento

e número de ramificações e ângulo de inserção), período de crescimento e limites de potenciais

matriciais.

Os parâmetros de saída do modelo estão relacionados com o solo em 1D ou com a cultura em

3D. No solo obtêm-se a dinâmica da água (infiltração, escoamento superficial, drenagem profunda),

evaporação atual, conteúdo de água, potencial matricial, resistência à penetração e condutividade

hidráulica não saturada. Para a cultura, obtêm-se a distribuição e arquitetura do sistema radicular,

densidade do comprimento radicular, transpiração atual e absorção de água no perfil do solo.

O crescimento radicular pode ser reduzido pelo efeito combinado da resistência do solo à

penetração, da aeração ou do estresse hídrico. A relação entre crescimento radicular e resistência do

solo à penetração é exponencial, já a relação entre crescimento radicular e a aeração e o estresse

hídrico pode ser representado pela relação com o potencial de água no solo, o qual é expresso pela

teoria do modelo de Feddes. Assim, existe um aumento linear do crescimento radicular com a redução

do conteúdo de água entre a saturação e a capacidade de campo (6 kPa), e uma redução linear do

crescimento radicular entre 10 kPa até o limite de turgidez com que as células podem exercer pressão

de penetração no solo de 1 MPa. O efeito acumulativo das limitações físicas, associados com o tempo

e o espaço, é chamado de parâmetro de redução do estresse físico que determinam as condições físicas

limitantes ao crescimento radicular.

O acoplamento dos modelos da dinâmica da água no solo (equação de Richards) (Van Dam &

Feddes, 2000), o crescimento radicular (Leitner et al., 2010) e a absorção de água pelas raízes (termo

S, sink term) (De Jong Van Lier et al., 2008) com os efeitos das condições físicas ao crescimento

radicular foi realizada em Linguagem de programação MatLab®. O termo S que representa a

absorção de água pelas raízes em função da densidade radicular e da densidade do fluxo matricial

(integral da condutividade hidráulica não saturada).

Análise estatística

As análises estatísticas foram realizadas em separado para local de condução experimental e

culturas, tendo em vista que uma análise conjunta não é possível pela variação na composição dos

modelos de produção testados em cada região. Os resultados foram submetidos à análise de variância,

e quando significativos, as médias foram comparadas por meio do teste de Tukey, a 5 % de

probabilidade de erro, por meio do programa Statistical Analisys System.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Resultados experimento em Londrina

A resistência do solo à penetração (RP) foi avaliada em iguais condições de umidades entre os

tratamentos. Em média, o conteúdo médio de água no momento da determinação da RP foi 0,32 g g-

1 em todas as camadas avaliadas, o qual corresponde à capacidade de campo deste Latossolo. Os

valores de densidade do solo, porosidade total, macroporosidade, microporosidade e RP indicam que

o grau de compactação do solo nas camadas de 0-10 e 10-20 cm aumentou proporcionalmente com

incremento da intensidade do tráfego (Tabela 1), conforme já relatado por MORAES et al. (2013).

Por outro lado, a escarificação do solo no tratamento EC1 resultou no menor grau de compactação do

solo nestas camadas. Na camada de 20-30 cm, as diferenças entre os tratamentos foram menores e,

de modo geral, revelaram um maior grau de compactação nos tratamentos com compactação adicional

pelo tráfego de trator (C4) e colhedora (C8) em relação ao SPD escarificado (Esc) e ao SPD sem

tráfego e escarificação (SPD), os quais não diferiram significativamente entre si. Isso demonstra que

o efeito do tráfego tanto da colhedora quanto do trator alterou a qualidade física do solo até, pelo

menos, 30 cm de profundidade. Os resultados comprovam a existência de diferenças na qualidade

física do solo entre os diferentes estados de compactação do solo, principalmente nas camadas de 0-

10 e 10-20 cm, o que é pré-requisito para estudos visando o estabelecimento de limites críticos para

atributos físicos do solo. Além disso, os dados da Tabela 1 indicam que os indicadores com maior

sensibilidade aos diferentes estados de compactação do solo foram, em ordem, macroporosidade, RP

e densidade do solo, concordando com Debiasi e Franchini (2012). Cabe salientar ainda que a

sensibilidade da RP tende a ser maior caso a mesma seja avaliada em condição de solo mais seco

(MORAES et al., 2013).

Tabela 1. Densidade (DS), porosidade total (PT), macroporosidade (MA), microporosidade (MI) e

resistência mecânica à penetração (RP) do solo nas camadas de 0-10, 10-20 e 20-30 cm, em

diferentes estados de compactação de um Latossolo Vermelho Distroférrico. Embrapa Soja,

Londrina/PR, 2013.

Estado de

compactação1 DS PT MA MI RP

---- Mg m-3 --- ------------------------- m3 m-3 ----------------------

- ----- kPa -----

------------------------------------------ 0-10 cm -------------------------------------------

Esc 1,01 c 0,58 a 0,20 a 0,38 c 497 d

SPD 1,21 b 0,55 b 0,11 b 0,44 b 1476 c

C4 1,35 a 0,51 c 0,04 c 0,47 a 1790 b

C8 1,39 a 0,50 c 0,01 d 0,48 a 2458 a

------------------------------------------ 10-20 cm ------------------------------------------

Esc 1,16 c 0,55 a 0,12 a 0,43 c 968 c

SPD 1,26 b 0,54 a 0,08 b 0,45 b 2177 b

C4 1,34 a 0,51 b 0,05 c 0,46 ab 2092 b

C8 1,37 a 0,51 b 0,03 d 0,48 a 2582 a

------------------------------------------ 20-30 cm ----------------------------------------

Esc 1,27 b 0,52 b 0,06 ab 0,46 b 1438 b

SPD 1,26 b 0,54 a 0,07 a 0,47 b 2224 a

C4 1,32 a 0,52 b 0,04 b 0,48 ab 2334 a

C8 1,33 a 0,52 b 0,04 b 0,49 a 2647 a 1 Esc = sistema plantio direto (SPD) escarificado; SPD = SPD sem compactação adicional e sem

escarificação; C4 = SPD com compactação adicional por 4 passadas de um trator com massa total de

7,2 Mg; e C8 = SPD com compactação adicional por 8 passadas de uma colhedora com massa total

de 9,5 Mg. Médias seguidas pela mesma letra nas colunas, dentro de cada camada, não diferem

significativamente pelo teste de Tukey (p < 0,05).

A produtividade de grãos de trigo no ano agrícola de 2013 não foi influenciada pelos

tratamentos (Figura 3a), entretanto, o cultivo de trigo no ano agrícola de 2014, resultou em diferenças

significativas de produtividade de grãos (Figura 3d). Dessa forma, os valores de produtividade de

grãos de trigo no ano de 2013 não apresentaram relações significativas com os atributos físicos

avaliados nas três camadas de solo. Resultados similares foram obtidos por Collares et al. (2008) que,

em trabalho conduzido sobre um Latossolo Vermelho argiloso (607 g kg-1 de argila), concluíram que

a produtividade do trigo não foi significativamente alterada tanto pela compactação por quatro

passadas de uma pá carregadeira com 16,6 Mg de massa total, quanto pela escarificação, em relação

ao tratamento sem compactação e sem escarificação.

Figura 3. Produtividade de grãos de trigo 2013 (a), soja 2013/14 (b), milho 2014 (c) e de trigo 2014

(b) em função de níveis de compactação em um Latossolo Vermelho. Esc: preparo reduzido com

escarificação do solo; SPD: sistema plantio direto; C4: SPD com 4 tráfegos com trator de 7,2 Mg;

C8: SPD com oito tráfegos de colhedora com massa total de 9,5 Mg. Barras verticais indicam o desvio

padrão da média. Médias seguidas de mesmas letras não diferem entre si pelo teste de Duncan 5%.

Entretanto, reduções significativas da produtividade do trigo em função do aumento do estado

de compactação do solo foram detectadas nos estudo conduzidos por Silva (2003) e Secco et al.

(2004). É provável que a falta de resposta da produtividade do trigo, no ano agrícola de 2013, em

função do aumento do estado de compactação do solo esteja associada à adequada disponibilidade

hídrica durante o ciclo da cultura (em 2013), conforme verificado por Torres e Saraiva (1999). Cabe

ainda salientar que a produtividade do trigo não foi beneficiada pela realização de escarificação no

SPD, concordando com Franchini et al. (2012).

Tabela 2. Produtividade de grãos do trigo e da soja em diferentes estados de compactação de um

Latossolo Vermelho Distroférrico. Embrapa Soja, Londrina/PR, safra 2013/2014.

Estado de compactação1 Produtividade de grãos

Trigo Soja

------------------------------------ kg ha-1 -------------------------------

--

Esc 3100 n.s 3090 ab

SPD 2908 3210 a

C4 3061 3126 a

C8 3009 2904 b 1 Esc = sistema plantio direto (SPD) escarificado; SPD = SPD sem compactação adicional e sem

escarificação; C4 = SPD com compactação adicional por 4 passadas de um trator com massa total de

7,2 Mg; e C8 = SPD com compactação adicional por 8 passadas de uma colhedora com massa total

de 9,5 Mg. Médias seguidas pela mesma letra nas colunas, dentro de cada camada, não diferem

significativamente pelo teste de Tukey (p < 0,05). n.s. = não significativo (Teste F, p<0,05).

Por outro lado, a produtividade de grãos da soja variou significativamente em função dos

estados de compactação (Tabela 3). Os resultados demonstram que o tratamento com maior

compactação (C8) resultou na menor produtividade de grãos da soja, sem diferir, no entanto, do

tratamento com escarificação. A produtividade de grãos de soja no solo escarificado foi reduzida em

relação ao SPD, evidenciam que a escarificação não se mostrou uma prática tecnicamente viável

mesmo quando comparada ao tratamento com maior grau de compactação. Reduções da

produtividade de grãos da soja em função do aumento do estado de compactação do solo foram

observadas em outros estudos (BEUTLER et al., 2005; 2008), e estão provavelmente relacionadas à

redução da disponibilidade hídrica pela menor infiltração de água e pela restrição ao desenvolvimento

radicular da cultura. Dentro os atributos físicos estudados, o atributo que apresentou maior relação

com a produtividade de grãos de soja foi a RP na camada de 0-20 cm, determinada com penetrômetro

de campo (Figura 16). A produtividade de grãos da soja variou de forma quadrática em função do

aumento da RP (Figura 3), demonstrando que um grau de compactação muito baixo (resultado da

escarificação) ou muito alto (resultado do tráfego de máquinas) reduziu o potencial produtivo da

cultura. Beutler et al. (2005) também obtiveram resposta quadrática da produtividade de grãos da soja

ao aumento do grau de compactação do solo, em Latossolos de textura média e argilosa. A equação

da Figura 4 indica que a máxima produtividade de grãos da soja ocorre com uma RP de 1477 kPa

(camada de 0-20 cm), determinada na condição de umidade de capacidade de campo. No entanto,

reduções de 10% e de 20% em relação a máxima produtividade de grãos da cultura da soja, ocorrem

a partir de valores de RP de 2,5 MPa e 3,0 MPa, respectivamente. Indicando que os limites críticos

de RP devem ser maiores do que os valores de 2 MPa amplamente indicados nas bibliografias (Taylor

et al., 1966), concordando com Moraes et al. (2014) os quais indicam que os limites críticos de RP

de 2 MPa são muito conservadores e devem ser alterados em função do preparo do solo.

Figura 4. Relação entre a produtividade da soja e a resistência mecânica do solo à penetração média

na camada de 0-20 cm em Latossolo Vermelho Distroférrico. Embrapa Soja, Londrina/PR, safra

2013/2014.

A produtividade de grão de milho foi influenciada pelos níveis de compactação (Figura 15c).

As maiores produções foram obtidas no SPD e C4. A escarificação do solo e o tráfego da colhedora

proporcionaram reduções de produtividade de grãos do milho. Indicando assim, que os limites críticos

à produtividade de grãos do milho foram atingidos. Níveis baixos de compactação do solo, no solo

escarificado, reduziram a produtividade de grãos do milho, provavelmente em função da redução do

armazenamento de água no solo. Assim, isso indica que o solo deve ser mantido entre uma faixa

ótima de densidade do solo para que proporcione as melhores respostas produtivas às culturas. A

escarificação do solo pode prejudicial tanto quanto altos níveis compactação para a produtividade de

grãos de milho.

A produção de massa seca da parte aérea das culturas de trigo em 2013 ou 2014 (Figura 5a,

5b), de soja (Figura 5b), de brachiária (Figura 5c) e de aveia preta (Figura 5e) não foram alteradas

significativamente em função dos tratamentos. Assim, somente a produção de massa seca da parte

aérea de milho (Figura 5d) foi alterada em função dos níveis de compactação do solo, indicando que

houve a maior produção no C4, não diferindo do SPD. Entretanto relações da produção de massa,

principalmente de brachiária e de aveia preta com a densidade do solo, podem indicar que há uma

faixa ótima de densidade do solo para o seu desenvolvimento.

y = -0,0003x2 + 0,8866x + 2623.7R² = 0.60*

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Pro

du

tivid

ad

e, kg

ha

-1

Resistência do solo à penetração, kPa

Figura 5. Massa seca da parte aérea de trigo em 2013 (a), de soja em 2013/14 (b), de brachiária (c),

milho (d), aveia (e) e de trigo em 2014 (f) em função de níveis de compactação em Latossolo

Vermelho. Esc: preparo reduzido com escarificação do solo; SPD: sistema plantio direto; C4: SPD

com 4 tráfegos com trator de 7,2 Mg; C8: SPD com oito tráfegos de colhedora com massa total de

9,5 Mg. Barras verticais indicam o desvio padrão da média. Médias seguidas de mesmas letras não

diferem entre si pelo teste de Duncan 5%.

No cultivo de inverno ou 2ª safra em 2014, a produção de raízes até 50 cm de profundidade

indicou que a brachiária foi a cultura que mais produziu raízes (Figura 6). Assim, as culturas utilizadas

no cultivo de inverno (ou segunda safra) em Londrina, podem ser ranqueadas em função da produção

de raízes: Brachiária > Milho > Aveia preta > trigo (Figura 6). A cultura da brachiária produziu 2,5

vezes mais massa de raízes do que a cultura do trigo, demonstrando que este maior aporte de raízes

no solo poderá ser benéfico para o desenvolvimento da próxima cultura. Assim, com o uso de

brachiária, haverá produção de maior quantidade de poros biológicos contínuos que favorecerão a

infiltração de água no solo, além de ser uma cultura com maior potencial para reduzir os níveis de

compactação causados pelo tráfego de máquinas agrícolas no solo.

Figura 6. Produção média de massa seca de raízes de culturas de 2ª safra e de inverno, na camada de

0 a 50 cm, independente do nível de compactação em um Latossolo Vermelho. Londrina, PR, 2014.

A produção de raízes, nas camadas até 50 cm de profundidade, das culturas de trigo em 2013

ou 2014 (Figura 7a,f), soja (Figura 7b), brachiária (Figura 7c), milho, (Figura 7d) e aveia preta (Figura

7e) em função de níveis de compactação indicam que há alterações da produção de raízes em função

da cultura e do nível de compactação a qual foram submetidas.

Os resultados das análises morfológicas do sistema radicular da soja (cultivada em 2013/2014)

possibilitam visualização da distribuição das raízes de soja no perfil do solo (Figura 8) e sua

distribuição relativa (Figura 9), assim, os níveis de compactação alteraram a distribuição do

crescimento radicular da soja. Entretanto, foi possível comprovar que nenhum dos tratamentos

restringiu o aprofundamento das raízes e, no C8 as raízes, após romper a camada superficial (até 20

cm) mais adensada, desenvolveram nas camadas mais profundas (a partir de 20 cm).

Figura 7. Massa seca de raízes de trigo em 2013 (a), de soja em 2013/14 (b), de brachiária (c), milho

(d), aveia (e) e de trigo em 2014 (f), por camadas, em função de níveis de compactação em Latossolo

Vermelho. Esc: preparo reduzido com escarificação do solo; SPD: sistema plantio direto; C4: SPD

com 4 tráfegos com trator de 7,2 Mg; C8: SPD com oito tráfegos de colhedora com massa total de

9,5 Mg.

Figura 8. Perfil de distribuição da massa (a) comprimento (b), área (c) e volume (d) de raízes de soja

(cultivada em 2013/2014) em Latossolo com escarificação (I), sistema plantio direto (II), trafegado 4

vezes com trator (III) e trafegado 8 vezes com colhedora (IV).

Figura 9. Distribuição relativa da massa (a) comprimento (b), área (c) e volume (d) de raízes de soja

(cultivada em 2013/2014) em Latossolo com escarificação (I), sistema plantio direto (II), trafegado 4

vezes com trator (III) e trafegado 8 vezes com colhedora (IV).

Os resultados da distribuição da densidade do comprimento radicular das culturas no perfil do

solo, são apresentados nas figuras 10-14. Assim, é possível observar a densidade do comprimento

radicular de trigo (Figura 10), soja (Figura 11), milho (Figura 12), brachiária (Figura 13) e aveia preta

(Figura 14).

Figura 10. Distribuição da densidade do comprimento radicular (a) e da massa seca radicular (b) de

trigo em perfil de um Latossolo Vermelho, safra inverno de 2013 e 2014.

Figura 11. Distribuição da densidade do comprimento radicular (a) e da massa seca radicular (b) de

soja em perfil de um Latossolo Vermelho, safra de verão de 2013/14.

Figura 12. Distribuição da densidade do comprimento radicular (a) e da massa seca radicular (b) de

miho em perfil de um Latossolo Vermelho, segunda safra inverno de 2014.

Figura 13. Distribuição da massa seca radicular de aveia preta em perfil de um Latossolo Vermelho,

safra de inverno de 2014.

Figura 14. Distribuição da massa seca radicular de brachiária em perfil de um Latossolo Vermelho,

safra de inverno de 2014.

As relações dos parâmetros morfológicos (comprimento, volume, área superficial, diâmetro e

massa) do sistema radicular da soja e as propriedades físicas (densidade do solo, macroporosidade,

microporosidade) em sua maioria foram significativas (Figuras 15, 16 e 17). Entretanto, o diâmetro

radicular e a massa de raízes foram as variáveis radiculares que menos se relacionaram com a

densidade do solo.

Assim, valores de densidade do solo, acima de 1,35 Mg m-3, proporcionaram as maiores

reduções (acima de 50%) no crescimento radicular da soja neste Latossolo Vermelho. Entretanto, os

resultados ainda estão sendo analisados, para possibilitar aprofundamento nas discussões destes

resultados. A produtividade de grãos apresentou relação quadrática com a densidade do solo,

macroporosidade e microporosidade do solo, indicando assim, que será possível identificar os limites

críticos a produtividade de grãos da soja (Figura 15f, 16f e 17f).

Os parâmetros radiculares (comprimento e área superficial) apresentaram boas relações com

a macroporosidade do solo e a microporosidade, na maior parte dos casos com coeficiente de

determinação acima de 0,58.

Figura 15. Comprimento (a), volume (b), área superficial (c), diâmetro (d) massa seca (e) e

produtividade de grãos (f) de soja em função da densidade do solo na camada de 0-20 cm em

Latossolo Vermelho Distroférrico. Embrapa Soja, Londrina/PR, safra 2013/2014.

Figura 16. Comprimento (a), volume (b), área superficial (c), diâmetro (d) massa seca (e) e

produtividade de grãos (f) de soja em função da macroporosidade do solo na camada de 0-20 cm em

Latossolo Vermelho Distroférrico. Embrapa Soja, Londrina/PR, safra 2013/2014.

Figura 17. Comprimento (a), volume (b), área superficial (c), diâmetro (d) massa seca (e) e

produtividade de grãos (f) de soja em função da microporosidade do solo na camada de 0-20 cm em

Latossolo Vermelho Distroférrico. Embrapa Soja, Londrina/PR, safra 2013/2014.

Os parâmetros da curva de resistência do solo à penetração não foram alterados em função

dos níveis de compactação do solo (Tabela 3). Assim, as alterações de RP do solo são devidas somente

a variações no conteúdo de água e sua densidade do solo. Quando as CRP dos tratamentos são

comparadas entre si, é possível observar que a densidade do solo é o principal fator que determina o

incremento na amplitude de variação da RP em função do conteúdo volumétrico de água no solo

(Figura 18).

Tabela 1. Parâmetro de ajuste da curva de resistência do solo à penetração, pelo modelo Busscher

(RP=aDsb Uvc) em função dos níveis de compactação do solo, na camada de 0-20 cm.

Parâmetro Esc SPD C4 C8 Média

a 0,00240 0,00116 0,00628 0,00438 0,00373

b 9,40297 9,12839 7,18508 8,17926 8,42525

c -5,23925 -5,95943 -4,91347 -4,92863 -5,03059

R² 0,87 0,91 0,95 0,76 0,89

Ds1 1,17 1,29 1,32 1,40

1 Densidade do solo, na camada de 0-20 cm, em outubro de 2013.

Figura 18. Curva de resistência do solo à penetração de níveis de compactação de Latossolo

Vermelho.em função do conteúdo volumétrico de água no solo, na camada de 0-20 cm.

As curvas de retenção de água no solo foram alteradas em função dos níveis de compactação

do solo (Figura 19). O tráfego agrícola com trator ou com colhedora reduziram a porosidade total do

solo, alterando assim a frequência e distribuição dos poros no solo. Como resultado do tráfego

agrícola, a retenção de água foi alterada, sendo necessário maiores tensões para a extração de água

do solo. Em mesmos potenciais matriciais, entre a capacidade de campo (10 kPa) e o ponto de murcha

permanente (1500 kPa) são observados incrementos nos conteúdos de água em função do aumento

dos níveis de compactação do solo. Os efeitos do tráfego na retenção de água no solo foram

observados nas camadas até 30 cm de profundidade, já a escarificação do solo proporcionou

alterações principalmente até 20 cm de profundidade.

Figura 19. Curva de retenção de água (a,c,e) e distribuição e frequência do tamanho de poros (b,d,f)

nas camadas de 0-10 cm (a,b), 10-20 cm (c,d) e 20-30 cm (e,f) em função de níveis de compactação

em um Latossolo Vermelho. SPM: preparo reduzido com escarificação do solo; SPD: sistema plantio

direto; SPDC4: SPD com 4 tráfegos com trator de 7,2 Mg; SPDC8: SPD com oito tráfegos de

colhedora com massa total de 9,5 Mg.

A área e o comprimento radicular da soja na camada de 0-20 cm diminuíram em função do

aumento da RP determinada em θ equivalente à capacidade de campo do solo (CC), seguindo modelo

do tipo potência (Figuras 20a,b). A massa seca de raízes também foi influenciada pelo estado de

compactação do solo, decrescendo linearmente com o incremento da RP (Figura 20c). Porém, o ajuste

aos dados foi melhor para a área e o comprimento radicular, evidenciando que a massa seca é um

indicador menos sensível ao estado de compactação do solo. Os modelos mostram ainda que a

redução da área e do comprimento radicular da soja foi maior até uma RP de 3 MPa. Por exemplo, o

comprimento radicular diminuiu de 9 para 6 m m-3 (33%) quando a RP aumentou de 0,8 para 3,0 MPa

(Figura 20b). Já o aumento da RP de 3,0 para 5,2 MPa reduziu o comprimento radicular de 6 para 5

m m-3 (17%). A partir de uma RP de 3 MPa, é possível que as raízes de soja cresçam principalmente

através de fissuras e zonas de menor resistência entre agregados de solo com alta densidade, cuja

detecção pela RP é difícil. Na prática, não foi possível detectar um valor crítico de RP para o

desenvolvimento radicular da soja, pois qualquer aumento no grau de compactação do solo se refletiu

em prejuízos ao crescimento das raízes da cultura.

Figura 20. Área (a), comprimento (b) e massa seca (c) de raízes da soja (BRS 359 RR) na camada

de 0-20 cm, em função da resistência mecânica à penetração (RP) de um Latossolo Vermelho muito

argiloso, determinada na capacidade de campo.

A produtividade da soja variou de forma quadrática com o aumento da RP na camada de 10-

20 cm (Figuras 21) concordando com BEUTLER et al. (2004c), isso ocorreu, independentemente do

potencial matricial de determinação e modelagem da RP (6, 10, 33, 100, 500, 1000 e 1500 kPa).

Valores muito baixos de RP, determinada em 6 kPa, próximos a 1 MPa, resultaram em produtividades

de soja cerca de 20% menores que a máxima obtida no experimento (aproximadamente 3,5 Mg ha-1).

Apesar do maior crescimento radicular da soja em baixos valores de RP (Figura 20b), um grau de

compactação do solo excessivamente baixo provavelmente proporcionou menor retenção de água e

condutividade hidráulica não saturada, o que pode diminuir a produtividade das culturas (DEBIASI

et al., 2010).

y = 2,09x-0,197R² = 0,54**

0,5

0,7

0,9

1,1

1,3

1,5

1,7

1,9

2,1

2,3

2,5

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

Áre

a, m

2m

-3

RP, MPa

y = 8,27x-0,268R² = 0,73**

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

Com

prim

ento

, m

m-3

RP, MPa

y = -0,06x + 1,12R² = 0,27*

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

Massa s

eca, kg

m-3

RP, MPa

(a) (b) (c)

Figura 21. Produtividade de grãos de soja em função da resistência do solo à penetração em

laboratório, em diferentes tensões (6, 10, 33, 100, 500, 1000 e 1500 kPa) de extração de água em

Latossolo Vermelho.

Em valores de RP, determinados na tensão de 10 kPa (capacidade de campo), a produtividade

da soja foi reduzida em 10% quando os valores de RP foram até 4,0, entretanto, quando os valores de

RP chegaram a 5 MPa, a perda de produtividade de grãos foi de 20 % (Figura 21), o que pode ser

explicado pela diminuição da disponibilidade hídrica em função da menor infiltração de água e pela

restrição ao desenvolvimento radicular. Adicionalmente, o valor limitante de RP (RPL), acima do qual

a produtividade da soja é reduzida pelo grau de compactação do solo, foi dependente do potencial

matricial (ou conteúdo volumétrico de água no solo) em que a RP foi determinada (Figura 21). Assim,

é necessário saber qual é o valor limitante de RP que fará com que a produtividade de grãos de soja

seja reduzida em até 10 % quando esta é determinada em diferentes conteúdos de água do solo (Figura

22).

Figura 22. Resistência do solo limitante em função do conteúdo gravimétrico de água do solo ou a

água disponível do solo, na camada de 10-20 cm em Latossolo Vermelho.

Assim, a RPL na camada de 10-20 cm, na tensão de 6 kPa foi 3,1 MPa, passando a 3,9 MPa

na capacidade de campo (10 kPa e água disponível de 100%). Assim, a redução no conteúdo de água

do solo fez com que os valores de RPL incrementasse exponencialmente, ou seja, caso a RP seja lida

em um conteúdo de água equivalente a 70 ou 50 % da água disponível no solo os valores de RP,

poderiam chegar até 5,6 MPa ou 7,1 MPa, respectivamente, sem causar reduções maiores que 10 %

na produtividade de grãos da cultura da soja (Figura 22).

Os resultados mostram ainda que a RPL na capacidade de campo foi de 3,9 MPa, superior ao

valor de 2 MPa geralmente indicado pela bibliografia para esta faixa de θ (BEUTLER et al., 2004c).

Resultados similares foram obtidos por MORAES et al. (2014), em Latossolo Vermelho muito

argiloso manejado em SPD há mais de 20 anos, o qual indicou limites de RP de 3,5 MPa,

determinados com penetrômetro de bancada semelhante a este estudo.

Embora o desenvolvimento das raízes de soja seja prejudicado pelo aumento da RP em toda

a faixa de valores estudada, o desempenho produtivo da soja responde de maneira quadrática ao

estado de compactação do solo, com perdas de produtividade em valores muito baixos ou altos de

RP. Assim, a RPL à produtividade da soja depende do potencial matricial em que foi determinada.

As análises de anatômia das raízes de soja, demonstram que houve efeitos dos níveis de

compactação no desenvolvimento dos vazos do xilema e floema (Figura 23). As imagens anatômicas

radiculares são detalhadas por nível de compactação e podem ser visualizadas nas figuras 24, 25, 26

e 27, correspondendo ao SPD, C4, C8 e Escarificado, respectivamente. Assim, principalmente no

tratamento C8, foi observado redução da quantidade de xilema em relação ao floema. Além disso, as

células estão com formatos mais achatadas, indicando que as raízes da soja passaram por alterações

anatômicas proporcionadas por impedimentos físicos no solo.

Os atributos quimicos são apresentados na Tabela 4, assim indicam que não houveram

limitações de caracter químico ao longo do perfil do solo.

Figura 23. Anatomia de raízes de soja em função de níveis de compactação em Latossolo Vermelho.

Esc: preparo reduzido com escarificação do solo; SPD: sistema plantio direto; C4: SPD com 4

tráfegos com trator de 7,2 Mg; C8: SPD com oito tráfegos de colhedora com massa total de 9,5 Mg.

Figura 24. Anatomia vascular de raízes de soja em Latossolo Vermelho em sistema plantio direto.

Figura 25. Anatomia vascular de raízes de soja em Latossolo Vermelho em sistema plantio direto

trafegado quatro vezes com trator.

Figura 26. Anatomia vascular de raízes de soja com oito passadas de colhedora em Latossolo

Vermelho.

Figura 27. Anatomia vascular de raízes de soja em Latossolo Vermelho com escarificação do solo.

Tabela 2. Atributos químicos do solo em função de níveis de compactação em Latossolo.

Níveis de compactação do solo

Variável Esc SPD C4 C8 Média

Camada de 0-10 cm

Fósforo 19,98 30,12 17,12 26,54 23,44

Carbono org. 16,15 15,97 15,99 14,59 15,67

pH 4,96 5,20 5,30 5,18 5,16

Potássio 0,42 0,44 0,49 0,66 0,50

CTC 10,80 10,90 10,87 10,73 10,83

Cálcio 3,54 3,77 3,99 3,68 3,75

Magnésio 1,67 2,06 1,79 1,78 1,83

Camada de 10-20 cm

Fósforo 9,10 7,91 7,73 10,72 8,86

Carbono org. 11,06 10,59 10,10 10,88 10,66

pH 4,71 4,75 4,95 4,86 4,82

Potássio 0,45 0,32 0,42 0,55 0,43

CTC 9,19 8,97 9,29 8,90 9,09

Cálcio 2,13 2,18 2,91 2,39 2,40

Magnésio 0,92 0,99 1,09 0,95 0,99

Camada de 20-30 cm

Fósforo 4,79 4,51 4,31 4,96 4,65

Carbono org. 8,87 9,40 8,80 9,05 9,03

pH 4,77 4,91 5,25 5,08 5,00

Potássio 0,32 0,18 0,35 0,40 0,31

CTC 8,07 8,14 8,43 8,40 8,26

Cálcio 2,14 2,53 3,11 2,74 2,63

Magnésio 0,63 0,71 0,81 0,84 0,75

Camada de 30-40 cm

Fósforo 3,53 3,60 3,41 3,08 3,41

Carbono org. 5,92 6,18 6,88 6,10 6,27

pH 4,99 5,11 5,44 5,40 5,24

Potássio 0,23 0,09 0,25 0,25 0,21

CTC 7,25 7,86 7,74 7,65 7,63

Cálcio 2,45 3,03 3,19 2,95 2,90

Magnésio 0,54 0,67 0,69 0,74 0,66

Camada de 40-50 cm

Fósforo 3,35 3,40 3,13 3,22 3,28

Carbono org. 5,09 5,43 5,57 5,39 5,37

pH 5,02 5,18 5,58 5,44 5,31

Potássio 0,19 0,06 0,16 0,15 0,14

CTC 7,17 7,23 7,18 7,41 7,25

Cálcio 2,55 2,91 3,20 3,07 2,94

Magnésio 0,50 0,66 0,68 0,70 0,63

Extratores: P, K = Mehlich-1; Ca, Mg = KCl 1M; Carbono Org = Método Colorimétrico; pH = CaCl2

0,01M.

No cultivo da soja na safra 2014/2015 foi realizada análise da cultura da soja cultivada

subsequente às plantas de cobertura. Sendo que, para o parâmetro massa seca de raiz, houve interação

entre os níveis de compactação e as camadas analisadas (Figura 28). Em todos os tratamentos a

presença de raiz tem maior concentração na camada de 0-10 cm. Houve um incremento na massa de

raiz no SPD e no C8 em relação ao solo com escarificado. Mello Ivo & Mielniczuk (1999) verificaram

que no sistema plantio direto na camada superficial de 0-5 cm havia maior densidade de raízes do que

no sistema de preparo convencional. Na camada de 10 a 20 cm é possível diagnosticar o efeito do

tratamento C8, que reduziu a quantidade de raízes presentes nessa camada, diferindo estatisticamente

do tratamento SPD. A produção total de massa seca do sistema radicular não foi reduzida pelo

aumento da impedância mecânica do solo. Nos sistemas com compactação (C4 e C8) houve uma

redução da massa radicular na camada de 10-20 cm em relação ao SPD, isso provavelmente ocorreu

pela restrição na penetração radicular no solo compacto na camada de 0-10 cm, dificultando a

passagem radicular da camada de 0-10 cm para 10-20 cm Entretanto, estes níveis de compactação

não limitaram o crescimento radicular, isso pode ter ocorrido em função da presença de poros

contínuos ou presença de rachaduras no solo, o que reduzem a resistência do solo em alguns pontos

e favoreceram o crescimento radicular. Este incremento de incremento de massa radicular na camada

superficial também foi verificado por Foloni et al. (2003) na cultura do milho.

Figura 28. Distribuição da massa seca radicular de soja safra 2014/15 em função de níveis de

compactação em um Latossolo Vermelho.

Na camada de 20 a 30 cm há maior desenvolvimento radicular da soja no tratamento

escarificado, uma vez que a operação mecânica de escarificação forma fraturas no solo que

possibilitam redução da resistência do solo ao crescimento radicular. Neste caso, na camada de 20 a

30 cm, houve redução da quantidade de raízes no tratamento C8, entretanto, estas raízes

provavelmente foram muito importantes para absorção de água e nutrientes para a cultura. Abaixo

dos 30 cm de profundidade não ocorre distinção na massa seca de raízes da soja para os tratamentos

níveis de compactação, indicando que o incremento da compactação do solo nas camadas superficiais

até 30 cm, somente reduziram a massa radicular, mas não restringiram a passagem das raízes, as quais

se desenvolveram de forma adequada em profundidade, onde há adequada disponibilidade hídrica

para a cultura, reduzindo assim os efeitos na produtividade de grãos. Considerando que esta faixa esta

abaixo da camada trabalhada pelos implementos agrícolas as áreas compactadas em superfície

apresentam-se iguais à área de plantio direto e escarificada.

No SPD a soja apresentou bom desenvolvimento radicular em profundidade, sendo superior

ou igual aos demais níveis de compactação do solo. Isto ocorre, provavelmente, devido ao sistema de

rotação de culturas usado na área, o qual está implantado a mais de uma década. Assim, o uso de SPD

com sistemas de cultivos que preservam, mantenham ou produzam poros contínuos no perfil do solo

proporcional melhorias na produtividade de grãos dos sistemas de cultivos. Desta forma, deve ser

levado em conta o planejamento que considera não somente o aspecto econômico da produção das

culturas, mas também a melhoria da qualidade do ambiente solo.

Os efeitos dos sistemas de uso com plantas de cobertura foram verificados na produtividade

de grãos da soja (Figura 29). A produtividade de grãos foi alterada em função dos níveis do tipo de

cultura e dos níveis de compactação do solo. A produtividade de grãos de soja no sistema plantio

direto foi sempre maior, independentemente da cultura antecessora, em relação às áreas com solo

escarificado. Nas áreas de tráfego de trator (C4), as culturas da aveia preta, milho ou trigo apresentam

produtividades de grãos semelhantes às áreas sem compactação adicional no sistema plantio direto.

As menores produtividades de grãos de soja foram observadas em cultivos subsequentes ao trigo nas

áreas escarificadas. Os problemas de compactação do solo foram atenuadas pelo sistema radicular

das culturas em até dois anos após tráfego de 4 passadas de trator, não sendo necessárias intervenções

mecânicas para melhorias da qualidade física dos solos em sistema plantio direto. O desenvolvimento

de massa seca da parte aérea da soja não foi influenciado pelos níveis de compactação, similar ao que

foi diagnosticado por Rosolem et al. (1994) e Foloni et al. (2006). Assim produção de massa seca de

raízes foi aproximadamente 35% do total da massa da parte aérea da soja cultivada subsequente às

plantas de cobertura (aveia e brachiaria).

Figura 29. Produtividade de grãos de soja em função de níveis de compactação e de culturas

antecessoras em um Latossolo Vermelho.

2,00

2,10

2,20

2,30

2,40

2,50

2,60

2,70

2,80

Aveia Brachiaria Milho Trigo

Pro

duti

vid

ade

de

grã

os

de

soja

(M

g h

a-1

)

Cultura antecessora

ESC PDN C4 C10

Resultados de modelagem do crescimento radicular

Dois cenários foram simulados em Latossolo Vermelho Distroférrico, muito argiloso, em

sistema plantio direto com a cultura da soja. No primeiro houve a presença de uma camada

compactada entre 16 e 20 cm, com precipitação regular (safra 2013/14). O segundo cenário foi

avaliado o efeito do déficit hídrico, comparando uma safra com deficiência hídrica no período

vegetativo (safra 2009/10) e sem deficiência hídrica (safra 2008/09). Os resultados de densidade do

comprimento radicular no campo e simulados foram comparados por meio de relação 1:1.

No primeiro cenário, a presença de camada compactada alterou a distribuição do sistema

radicular da soja (Figura 30). Nestas condições, menos raízes conseguiram penetrar a camada

compactada, reduzindo a taxa de alongamento radicular, por consequência reduziu a densidade do

comprimento radicular dentro e abaixo da camada compacta. O aumento do tempo necessário para as

raízes cruzarem a camada compactada reduziu a quantidade de raízes abaixo da camada compacta do

solo. A limitação inicial do crescimento radicular na camada de 0-16 cm influenciou na maior

absorção de água na camada superficial, reduzido o conteúdo de água e incrementando as limitações

físicas ao crescimento pelo potencial matricial.

Figura 30. Sistema radicular de soja (a,b) e condições físicas do solo durante o ciclo de

desenvolvimento (c,d) em áreas com (a,c) ou sem uma camada compactada entre 16 a 20 cm (b,d)

em um Latossolo Vermelho.

a) c)

b) d)

No segundo cenário, o crescimento do sistema radicular foi dependente das condições físicas

do solo influenciadas pela disponibilidade hídrica (Figura 31). No ano agrícola com boa

disponibilidade hídrica houve maior aprofundamento do sistema radicular. Os valores de densidade

de comprimento radicular simulados e os medidos no campo foram muito similares e próximos da

relação 1:1. Os efeitos globais das limitações físicas do solo para o crescimento radicular indicaram

que houve maiores limitações físicas no ano com déficit hídrico, e estes ocorreram em função da alta

resistência e do baixo conteúdo de água no solo, reduzindo assim a taxa de crescimento radicular da

soja. A absorção de água foi dependente da quantidade e distribuição das raízes, com isso as plantas

foram submetidas a condições de estresse hídrico, reduzindo a taxa de transpiração atual. A posição

de absorção de água foi alterada em função das condições hídricas do ciclo de cultivo.

A modelagem do crescimento radicular com presença de camadas compactadas, exemplos são

demonstrados em terceira dimensão para outras culturas, tais como milho (Figura 32), apresentando

assim a redução do crescimento radicular em camadas com maior nível de compactação, posicionadas

a 15-25 cm (Figura 32a) ou entre 25 e 35 cm (Figura 32b). O crescimento radicular em um perfil no

campo em função de níveis de compactação pode ser observado na figura 33, onde é possível observar

o crescimento das raízes menores nas áreas com maiores níveis de compactação do solo. Assim, esta

análise em terceira dimensão do crescimento radicular favorece interpretações sobre os efeitos de

condições físicas ao desenvolvimento das culturas. Neste modelo os efeitos de restrições físicas ao

crescimento radicular são incluidas em função da redução da taxa de alongamento das raízes, com

efeitos diários em função do fluxo de água no solo. Isso favorece a integração de modelos de fluxo

de água com o crescimento radicular, podendo assim obter melhores entendimento dos efeitos de

condições físicas no crecimento radicular e suas relações com a produtividade de grãos das culturas.

a)

b)

Figura 31. sistema radicular, densidade de comprimento radicular (RLD) e parâmetro de redução

do estresse físico ao alongamento radicular (srf) em condição de boa disponibilidade hídrica (a) ou

de deficiencia hídrica (b).

Figura 32. Modelagem do crescimento radicular em função da presença de camadas compactadas a

20 cm (a) ou a 30 cm (b) de profundidade no perfil do solo.

Figura 33. Sistema radicular de soja em 2D medido no campo (a,b,c,d) e modelado em função das

condições físicas do solo (e,f,g,h) no perfil do solo escarificado (a,e), em sistema plantio direto (b,f),

compactado com 4 passadas de trator (c,g) ou compactado com 8 passadas de colhedora (d,h) em um

Latossolo Vermelho.

e) f) g) h)

a) b)

A modelagem do crescimento radicular para a cultura do milho foi realizada para os níveis de

compactação para o período de desenvolvimento entre a semeadura e a amostragem radicular que

correspondeu a 110 dias (Figura 34). A arquitetura do sistema radicular de milho foi alterada pelos

níveis de compactação principalmente pelo número e comprimento das raízes. A modelagem foi

eficiente para predizer o crescimento radicular (Figura 34) visualizado em campo, sendo útil para

observar os efeitos das condições físicas do solo durante o período de cultivo. A cultura do milho por

apresentar sistema radicular característico de monocotiledôneas foram menos afetadas pela

compactação do solo do que sistemas radiculares com arquitetura de dicotiledôneas. Isso indica que

gramíneas tem melhores condições de desenvolvimento em condições de solo compactado

principalmente pelas raízes seminais adventícias que são emitidas nas coroas do colmo, acima da

superfície do solo.

Figura 34. Sistema radicular de milho simulado e visualizado em 2D no sistema de preparo mínimo

(a), sistema plantio direto (b), sistema plantio direto trafegado com 4 passadas de trator (c) ou em

sistema plantio direto trafegado com 8 passadas de colhedora (d) em um Latossolo Vermelho.

Esta estrutura e sequência de implementação dos efeitos combinados das condições físicas do

solo pode ser usada para estudos das condições de manejo do solo e efeitos climáticos no crescimento

radicular das culturas. O modelo deve ser validado para diferentes condições de solo e clima com

experimentos de campo para diferentes culturas.

Profundidade (cm)

Distância da planta (cm)

a) b)

c) d)

Resultados experimento em Eldorado do Sul

O tráfego com trator de 7 Mg favoreceu incrementos nos valores de densidade do solo e

reduziu a macroporosidade, principalmente até na profundidade de 20 cm (Figura 35). Como já

esperado, a escarificação o solo reduziu a densidade do solo (Figura 35), entretanto, não favoreceu

incrementos na quantidade de raízes de soja (Figura 36a) e de trigo (Figura 36b).

A produção de massa raízes de soja, na camada de 0-0,10 m, foi incrementada em função dos

níveis de compactação (Figura 36). A produção total de raízes na camada de 0-0,50 m, não foi alterada

em função dos tratamentos. Entretanto, a relação entre a massa de raízes total na camada de 0-50 cm

e os valores de densidade do solo da camada de 10-20 cm, indicaram que houve relação quadrática

entre estas variáveis (Figura 37). Assim, a produção de raízes foi reduzida em 10 % quando a

densidade do solo, na camada de 10-20 cm, foi menor de 1,37 Mg m-3 ou superior a 1,58 Mg m-3 e, a

redução da produção de raízes atingiu 30% quando os níveis de densidade do solo foram menores

que 1,29 Mg m-3 ou superiores a 1,65 Mg m-3. Assim, indicando que a faixa ótima de densidades do

solo neste Argissolo Vermelho para o desenvolvimento da soja provavelmente esteja entre 1,37 e

1,58 Mg m-3.

Figura 35. Densidade do solo (a), macroporosidade (b) e microporosidade (c) em função de níveis

de compactação do solo em Argissolo Vermelho. Esc: preparo reduzido com escarificação do solo;

SPD: sistema plantio direto; SPD com duas (C2), quatro (C4), oito (C8) e doze (C12) passadas de

trator com 7 Mg;

Figura 36. Massa seca de raízes de soja (a) e trigo (b), até 50 cm de profundiade, em função de níveis

de compactação em Argissolo Vermelho. Eldorado do Sul, RS, 2014. Esc: preparo reduzido com

escarificação do solo; SPD: sistema plantio direto; SPD com duas (C2), quatro (C4), oito (C8) e doze

(C12) passadas de trator com 7 Mg;

Figura 37. Massa seca de raízes de soja, até 50 cm, em função da densidade do solo da camada de

10-20 cm, em Argissolo Vermelho.

A produtividade de grãos de soja, trigo e milho estão apresentadas na figura 38. Assim, foi

constatado que a produtividade de grãos foi reduzida pela escarificação e/ou tráfego intenso em um

Argissolo Vermelho. No SPD e C2 foram observadas as maiores produtividades de grãos de trigo

(Figura 38b). Após 12 tráfegos com trator de massa de 7 Mg houve reduções significativas na

produtividade de grãos de trigo, indicando que o limite físico à produtividade do trigo deve ter sido

atingido.

Figura 38. Produtividade de grãos de soja (a), de trigo (b) e milho (c) em função de níveis de

compactação em Argissolo Vermelho. Esc: preparo reduzido com escarificação do solo; SPD: sistema

plantio direto; SPD com duas (C2), quatro (C4), oito (C8) e doze (C12) passadas de trator com 7 Mg.

Barras verticais indicam o desvio padrão da média. Médias seguidas de mesmas letras não diferem

entre si pelo teste de Duncan 5%.

A relação da produtividade de grãos (Figura 39a), altura de plantas (Figura 39b), e massa seca

da parte aérea (Figura 39c) de trigo com a densidade do solo, na camada de 0-5 cm, indicam que

houve relação quadrática entre estas variáveis. Uma densidade do solo, na camada de 0-5 cm, acima

de 1,55 Mg m-3, proporcionou reduções acima de 30% na produtividade de grãos de trigo. Indicando

assim que os limites físicos à produção de trigo podem ser detectados. Estas relações serão discutidas

com os valores de densidade do solo nas demais camadas, até 40 cm de profundidade.

Figura 39. Produtividade de grãos (a), altura de plantas (b) e massa seca da parte aérea (c) de trigo

em função da densidade do solo na camada de 0-5 cm em Argissolo Vermelho. Eldorado do Sul, safra

2014.

y = -12105x2 + 31782x - 18586R² = 0,7869

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

1 1,2 1,4 1,6 1,8Pro

du

tivid

ad

e d

e g

rão

s (

kg

ha

-1)

Densidade do solo (Mg m-3)

y = -112,17x2 + 298,07x -110,34

R² = 0,6428

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

1 1,2 1,4 1,6 1,8

Altu

ra d

e p

lan

ta (

cm

)Densidade do solo (Mg m-3)

y = -17471x2 + 45774x - 26231R² = 0,6975

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

1 1,2 1,4 1,6 1,8

Ma

ssa

se

ca

pa

rte

aé

rea

(kg

ha

-1)

Densidade do solo (Mg m-3)

a) b)

c)

4. CONCLUSÕES

Os níveis de compactação do solo afetam de forma diferenciadas as culturas agrícolas, assim,

a produção de massa de raízes em Latossolo (Londrina) seguiu a seguinte ordem: brachiária> milho>

aveia>soja>trigo.

A anatomia radicular da soja é alterada em elevados níveis de compactação de um Latossolo

Vermelho, restringindo a passagem de água e nutrientes para a parte aérea da soja.

A faixa ótima de valores de densidade do solo, para o adequado crescimento de culturas

agrícolas, em Argissolo é mais ampla do que em Latossolos.

A escarificação do solo não incrementou a produtividade de grãos de trigo em Latossolo e

Argissolo e de soja e milho em Latossolo, nem a produtividade de massa da parte aérea de aveia e de

brachiária em Latossolo, demonstrando que baixos níveis de compactação do solo afetam

negativamente a produção de culturas agrícolas, independentemente do tipo de solo.

A produtividade de grãos de trigo em Argissolo Vermelho não foi reduzida em áreas com até

quatro tráfegos de trator.

Considerando o sistema de produção trigo/soja, valores de resistência do solo à penetração

acima de 3 MPa, medidos em um conteúdo de água equivalente à capacidade de campo, indicam um

estado de compactação crítico no Latossolo Vermelho Distroférrico muito argiloso.

Densidades do solo acima de 1,35 Mg m-3 em Latossolos e 1,55 Mg m-3 em Argissolo afetam

negativamente o crescimento radicular e produtivo das culturas de soja, milho e trigo.

A recuperação dos solos trafegados foi possível com o uso das culturas, sendo que brachiária e

aveia preta apresentam maiores potenciais para recuperação do solo em função do abundante sistema

radicular.

5. DESCRIÇÃO DAS DIFICULDADES E MEDIDAS CORRETIVAS.

O projeto apresentou alguns entraves durante sua condução e avaliação principalmente pela

magnitude dos experimentos e quantidade de avaliações realizadas. Entretanto, com o bom

planejamento durante a condução e avalições foi possível cumprir os prazos e realizar as

determinações necessárias. Além disso foram coletadas nestes experimentos, resultados para duas

teses de Doutorado, dos Doutorandos Moacir Tuzzin de Moraes e Altamir Mateus Bertollo, portanto

maiores detalhamentos das discussões dos resultados serão apresentados nas teses e em posteriores

publicações em artigos científicos.

A análise do sistema radicular das culturas foi uma metodologia muito difícil de ser realizada,

e a análise dos parâmetros radiculares de comprimento, área superficial, volume e diâmetro demandou

muito tempo para ser realizada. Entretanto com a habilidade do operador algumas dificuldades foram

reduzidas e determinações mais rápidas e precisas puderam ser realizadas.

A análise e relações dos parâmetros físicos isolados com a produtividade de grãos ou sistemas

radiculares das culturas foi uma tarefa muito difícil, e em muitos casos não foram encontradas

relações que possam explicar claramente os efeitos da compactação do solo em sistema plantio direto

na produtividade de grãos das culturas. Assim, para aprofundar estas interpretações o doutorando

Moacir Tuzzin de Moraes, realizou durante período de Doutorado Sanduíche (Instituto James Hutton,

em Dundee, na Escócia, UK, sob supervisão do pesquisador Anthony Glyn Bengough) modelagens

dos efeitos das condições física para o crescimento das culturas, e por meio disso foi possível

aprofundar no entendimento destas relações.

RELATÓRIO PRÁTICO:

O tráfego agrícola causa imediatamente problemas de compactação do solo, como por

exemplo a redução da infiltração e perdas de produção das culturas. A compactação do solo

causada pelo tráfego agrícola reduz a quantidade de raízes que consegue se desenvolver no solo.

Com o uso de culturas de cobertura e de rotação de culturas, no sistema plantio direto, é possível

reduzir os problemas de compactação do solo em curtos períodos de tempo. Assim, as raízes

constroem estruturas de porosidade contínuas no perfil do solo, as quais servirão para a infiltração

de água no perfil do solo e redução dos problemas físicos para os próximos cultivos. A

escarificação do solo não melhora a qualidade física dos solos para aumentos de produtividade de

grãos das culturas agrícolas, e seus efeitos quando observados, são limitados a uma safra agrícola.

A taxa de penetração das raízes das culturas em áreas compactadas é reduzida, mas o uso de

culturas tais como a brachiária e a aveia preta, mesmo em áreas compactadas, apresentam grandes

potenciais para atenuar os efeitos da compactação do solo nas culturas agrícolas (por exemplo a

soja, o milho e o trigo). As limitações físicas dos solos são alteradas diariamente, pois tem relações

diretas com o conteúdo de água dos solos. Assim, a redução do crescimento radicular e da

produtividade agrícolas serão resultados dos estresses físicos que a planta foi submetida durante

todo o ciclo de cultivo. O número de dias com que as plantas foram submetidas a estresses físicos

poderão indicar a qualidade física dos solos para o desenvolvimento das plantas.

O uso de sistemas intensivos com plantas de rotação de culturas, tanto em Latossolos quanto

em Argissolos, demonstraram claramente que as condições físicas dos solos são melhoradas em

função da atuação dos sistemas radiculares das plantas. Assim, quanto mais abundante e profundo

for o sistema radicular, maiores serão as quantidades de poros contínuos no perfil do solo, que

melhorará as condições de cultivos para as próximas culturas. Esta continuidade de poros no perfil

do solo favorecerá a penetração radiculares das culturas agrícolas e melhorará o fluxo de água e

de nutrientes no perfil do solo, resultando em benefícios para o sistema plantio direto. A

conservação do solo e da água, com uso de rotação de culturas, é muito importante para a

manutenção da qualidade dos solos, água e ambiente, possibilitando a manutenção da

produtividade de grãos das culturas de interesses econômicos.

COMPENSAÇÕES OFERECIDAS À FUNDAÇÃO AGRISUS:

A logomarca da fundação Agrisus foi divulgada em todos as oportunidades de apresentações

dos resultados, em comunicações internas na UFRGS e na Embrapa Soja, em apresentação de

trabalhos em congressos científicos (III Encontro Brasileiro de Física do Solo, 14º Encontro

Nacional de Plantio Direto na Palha, XXXV Congresso Brasileiro de Ciência do Solo e XX

Reunião Brasileira de Manejo e Conservação do Solo e da Água) e nos dias de campo da UFRGS

(I e II dia de campo de solos da UFRGS) (Anexo).

Além disso, publicamos um capítulo intitulado “Benefícios das plantas de cobertura sobre

as propriedades físicas do solo” no livro “Manejo e conservação do solo e da água em pequenas

propriedades rurais no sul do Brasil: práticas alternativas de manejo visando a conservação do solo

e da água”, no qual agradecemos o apoio financeiro da Fundação Agrisus a este projeto (nº

1236/13).

Os recursos financeiros deste projeto foram de fundamental importância para a elaboração

dos projetos de pesquisa que compõem duas teses de Doutorado em Ciência do Solo da

Universidade Federal do Rio Grande do Sul, elaboradas pelos Doutorandos Moacir Tuzzin de

Moraes e Altamir Mateus Bertollo. Os artigos resultantes das pesquisas financiadas neste projeto

e presentes nas teses de Doutorado frutos deste projeto constarão nos agradecimentos os apoios

financeiros da Fundação Agrisus.

DEMOSTRAÇÃO FINANCEIRA DOS RECURSOS DA FUNDAÇÃO AGRISUS:

O valor financiado neste projeto foi de R$ 44.000,00, entretanto, ao final do projeto foi usado

R$ 38.644,20 e estamos devolvendo à Fundação Agrisus o valor de R$ 5.355,80 (Tabela 3).

Durante a execução deste projeto nós usamos recursos da Embrapa Soja para condução dos

experimentos no campo e também para algumas análises físicas e químicas nos laboratórios de

Física e Química do solo da Embrapa Soja. Além disso, estivemos com suportes estruturais da

UFRGS, a qual nos proporcionou redução de custos em alguns itens, e com isso chegamos ao final

do projeto com saldo positivo neste projeto.

Além disso, o período de Doutorado sanduíche com execução da modelagem dos resultados

desta pesquisa no exterior foi financiado pelo Programa de Doutorado Sanduiche no Exterior da

CAPES. Este projeto contribuiu para a execução dos projetos relacionados à duas teses de

Doutorado em Ciência do Solo da UFRGS, sendo assim que atingiu seus objetivos.

Tabela 3. Demonstração financeira dos recursos do projeto financiado pela Fundação Agrisus.

Descrição das despesas Valor (R$)

Alimentação 7.671,24

Aluguel de carro/combustível 2.851,55

Análises químicas de solo 720,00

Despesas de material de consumo para escritório 768,53

Hospedagem 1.573,20

Materiais de consumo para laboratório e condução e coleta de experimento no campo 4.389,42

Material permanente (1 scanner, 1 impressora, 1 micro-ondas e 4 Placas porosas) 12.008,00

Passagens aéreas/taxi 8.242,25

Transporte de amostras 420,01

Total Gasto final 38.644,20

Total Liberado inicialmente 44.000,00

Valor Devolvido 5.355,80

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Porto Alegre, 27 de dezembro de 2016.

Moacir Tuzzin de Moraes

Coordenador do Projeto Agrisus nº1236/13

ANEXO I

Principais atividades durante a vigência do projeto:

De janeiro a junho de 2014, fizemos:

i) Condução dos experimentos em Londrina e Eldorado do Sul.

ii) Coleta de raízes de soja, milho e brachiária em Londrina.

iii) Coleta de raízes de soja em Eldorado do Sul.

iv) Coleta e análises de componentes de rendimento e produtividade de grãos da soja em

Londrina e Eldorado do Sul.

v) Escaneamento e processamento de raízes de soja em Londrina e Eldorado do Sul e de

milho e brachiária em Londrina.

De julho a dezembro de 2014, Fizemos:

vi) Coleta de raízes de aveia preta e trigo em Londrina.

vii) Colheita das culturas de milho e trigo conduzidas na safra de inverno em Londrina.

viii) Coleta de massa da parte aérea das culturas de milho, brachiária, aveia e trigo em

Londrina.

ix) Coleta de amostras indeformadas de solo para análises de atributos físicos em Londrina.

x) Análise de resistência do solo à penetração com penetrômetro de campo em Londrina.

xi) Análise de infiltração tridimensional de água no solo e condutividade hidráulica saturada

no campo em Londrina.

xii) Análise de atributos físicos do solo no Laboratório de Física do solo da Embrapa Soja.

xiii) Coleta de raízes das culturas de aveia preta e trigo em Londrina.

xiv) Lavagem e escaneamento das raízes de aveia preta e trigo em Londrina.

xv) Processamento das imagens de raízes de soja, milho, aveia, brachiária e trigo no

programa Safira®.

xvi) Processamento de amostras indeformadas de solo coletadas em Eldorado do Sul, no

Laboratório de Física do Solo da UFRGS.

xvii) Análise de resistência do solo à penetração no campo no experimento em Eldorado do

Sul.

xviii) Coleta de raízes de trigo em Eldorado do Sul.

xix) Coleta de amostras indeformadas no experimento em Eldorado do Sul.

xx) Processamento das raízes de trigo conduzidas em Eldorado do Sul.

xxi) Colheita de trigo no experimento em Eldorado do Sul.

xxii) Colheita de massa da parte aérea de trigo no experimento em Eldorado do Sul.

xxiii) Processamento das amostras indeformadas coletadas em Eldorado do Sul, no laboratório

de física do solo da UFRGS.

xxiv) Análises anatômicas de raízes de soja conduzidas em Londrina, no laboratório de

anatomia vegetal da UFRGS.

xxv) Processamento dos resultados de raízes das culturas de Londrina e de Eldorado do Sul.

De janeiro a junho de 2015, Fizemos:

xxvi) Condução da cultura da soja em Londrina e milho em Eldorado do Sul.

xxvii) Coleta de raízes de Soja em Londrina.

xxviii) Coleta de amostras indeformadas de solo para análises de atributos físicos em Londrina.

xxix) Lavagem e escaneamento das raízes de soja em Londrina.

xxx) Coleta de massa da parte aérea da soja em Londrina.

xxxi) Colheita da cultura da soja em Londrina e de milho em Eldorado do Sul.

xxxii) Análise de atributos físicos do solo no Laboratório de Física do solo da Embrapa Soja

(em andamento).

xxxiii) Análise de atributos físicos do experimento de Eldorado do Sul no Laboratório de Física

do Solo da UFRGS.

xxxiv) Processamento das imagens de raízes de soja safra 2013/14 e 2014/15 e demais culturas

de inverno de 2014 de Londrina, além do processamento das raízes de soja de 2013/14 de

Eldorado do Sul, todas no programa Safira® (em andamento).

De julho a dezembro de 2015, Fizemos:

xxxv) Análise de atributos físicos do solo no Laboratório de Física do solo da Embrapa Soja

(em andamento).

xxxvi) Processamento das imagens de raízes de soja safra 2013/14 e 2014/15 e demais culturas

(Milho, trigo, brachiária e aveia) de inverno de 2014 de Londrina, além do

processamento das raízes de soja de 2013/14 de Eldorado do Sul, todas no programa

Safira® (em andamento).

xxxvii) Desenvolvimento dos trabalhos para modelagem do crescimento radicular em função de

limitações físicas do solo, no período de doutorado sanduíche do Doutorando Moacir

Tuzzin de Moraes no Instituto James Hutton na Escócia, UK.

De janeiro a dezembro de 2016, fizemos:

xxxviii) Coleta de solo em Londrina para análises de tomografia computadorizada, para

verificar a continuidade de poros em função do uso de plantas de cobertura do solo.

xxxix) Processamento dos resultados dos experimentos de Londrina e de Eldorado do Sul.

xl) Criação de um modelo matemático que inclui os efeitos de restrição física do solo ao

crescimento radicular com o fluxo de água em linguagem do programa Matlab.

xli) Análises de tomografia computadorizada no laboratório de física do solo na Embrapa

Instrumentação Agropecuária em São Carlos-SP.

xlii) Análises químicas do solo da área do experimento de Eldorado do Sul.

xliii) Coleta e análise de amostras físicas no experimento em Eldorado do Sul para avaliação

da recuperação do solo em função do tempo e das plantas de cobertura do solo.

xliv) Participação, com apresentação dos resultados das pesquisas na Reunião Sul Brasileira de

Ciência do Solo em Frederico Westphalen e no Congresso Brasileiro de Manejo e

Conservação do Solo e da Água em Foz do Iguaçu.

xlv) Confecção do relatório final do projeto Agrisus.

ANEXO II

Publicações referentes ao projeto Agrisus 1236/13.

Capítulo de livro publicado:

1. MORAES, M. T.; DEBIASI, H.; FRANCHINI, J.; SILVA, V. R. Benefícios das plantas de

cobertura sobre as propriedades físicas do solo. In: TIECHER, T. (org) Manejo e conservação do solo

e da água em pequenas propriedades rurais no sul do Brasil: práticas alternativas de manejo visando

a conservação do solo e da água, v.1, n.1, 2016. 186p.

Artigo publicado em revista técnica:

2. MORAES, M.T.; DEBIASI, H.; BERTOLLO, A. M.; LEVIEN, R.; FRANCHINI, J.C.;

MAZURANA, M. Sistema plantio direto e a disponibilidade hídrica para as culturas em solos

argilosos. Granja (Porto Alegre), v.70, n.791, p.57 - 59, 2014.

Resumos publicados em anais de eventos:

3. MORAES, M.T.; DEBIASI, H.; FRANCHINI, J.C.; LEVIEN, R.; BENGOUGH, A.G. Modelagem

do crescimento radicular em função da dinâmica da água e resistência do solo. In. XX Reunião

Brasileira de Manejo e Conservação do Solo e da Água, Foz do Iguaçu, PR, 2016.

4. BERTOLLO, A.M.; ZULPO, L.; MORAES, M.T.; DEBIASI, H.; LEVIEN, R. Podução de

fitomassa e armazenamento de água com plantas de cobertura em sistemas de uso do solo. In. XX

Reunião Brasileira de Manejo e Conservação do Solo e da Água, Foz do Iguaçu, PR, 2016.

5. MORAES, M. T.; DEBIASI, H.; LEVIEN, R.; FRANCHINI, J.C.; STEFFLER, M. E.; ARAUJO,

K. H.; FINK, J. A. Limites críticos de indicadores da qualidade física de Latossolo Vermelho e sua

relação com a produtividade de grãos de trigo e soja. In: 14º Encontro Nacional de Plantio Direto na

Palha, Bonito, MS, 2014.

6. BERTOLLO, A. M.; MORAES, M. T.; DEBIASI, H.; FRANCHINI, J.C.; LOUZADA, J. A. S.

Modelagem do fluxo de água em um Latossolo Vermelho com sistemas de preparo implantados a

longo prazo In: 14º Encontro Nacional de Plantio Direto na Palha, Bonito, MS, 2014.

7. MORAES, M. T.; BERTOLLO, A. M.; LEVIEN, R.; MAZURANA, M.; BONETTI, J. A.;

STEFFLER, M. E.; FINK, J. A.; KERPEN, H. S.; PASSOS, G. M. Sistemas de preparo do solo com

tráfego controlado e sua relação com limites críticos físicos ao desenvolvimento de milho In: 14º

Encontro Nacional de Plantio Direto na Palha, Bonito, MS, 2014.

8. BERTOLLO, A. M.; MORAES, M. T.; DEBIASI, H.; FRANCHINI, J.C.; MAZURANA, M.;

LEVIEN, R. Desenvolvimento radicular da Soja subsequente a plantas de cobertura em Latossolo

com níveis de compactação In: XXXV Congresso Brasileiro de Ciência do Solo, Natal, RN, 2015.