Desenvolvimento de pedotransferência física-empírica para Modelagem da retenção de água no solo

• Main Author: Mulazzani, Rodrigo Pivoto
• Other Authors: Gubiani, Paulo Ivonir
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Santa Maria 2017
• Subjects: Conteúdo de água; Área superficial específica; Função de pedotransferência; Water content; Specific surface; Pedotransfer function; CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA
• Online Access: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/5633

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior === Soil water retention stems from the action of attractive forces manifested by adsorption and capillary phenomena. Matric potential (ψ) expresses the soil water retention energy, which varies according to water content and is described by soil water retention curve (SWRC). The experimental obtainment of SWRC is difficult and costly, therefore, the use of pedotransfer functions (PTF) is preferred, because PTF estimate SWRC (or part of it) from other soil properties related to water retention. The use of available PTFs is limited for being calibrated from a particular set of soils and/or for not being able to represent the effect of structural changes (e. g. bulk density (Bd)) on water retention. Thus, the aim of this study is to propose and evaluate a mathematical model to estimate the volumetric moisture based on the specific surface area (SSA) and on the integration of the effect of the Bd with a physicoempirical parameter (fa). SWRCs were obtained experimentally from soils with different particle size and Bd variations were simulated by samples prepared in metal cylinders. The SSA was estimated by particle size distribution curve. Dependence of fa on ψ, SSA and Bd was described by Van Genuchten (1980) sigmoidal model, while the effect of SSA and Bd was incorporated in parameters of this same sigmoidal model by graphical and sensibility analysis. The estimates of the model were compared with the literature FPTs estimates for the same data set. Initially, the results showed that samples prepared in the laboratory did not ensure consistent experimental data of SWRC. This finding masked the model predictive ability. However, it is clear that the proposed FPT coherently described the effect of SSA and Bd with adsorption and capillarity phenomena, complying with the study purpose. In addition, the physicoempirical consistency of SSA and Bd with parameters of the Van Genuchten (1980) sigmoidal model allowed a better predictive performance compared to literature PTFs. In a broader sense, results reinforce the idea that models which mechanistically explore the relationship between predicted and predictor variables are more efficient in estimating the magnitude of the natural soil processes. and Bd was incorporated in parameters of this same sigmoidal model by graphical and sensibility analysis. The estimates of the model were compared with the literature FPTs estimates for the same data set. Initially, the results showed that samples prepared in the laboratory did not ensure consistent experimental data of SWRC. This finding masked the model predictive ability. However, it is clear that the proposed FPT coherently described the effect of SSA and Bd with adsorption and capillarity phenomena, complying with the study purpose. In addition, the physicoempirical consistency of SSA and Bd with parameters of the Van Genuchten (1980) sigmoidal model allowed a better predictive performance compared to literature PTFs. In a broader sense, results reinforce the idea that models which mechanistically explore the relationship between predicted and predictor variables are more efficient in estimating the magnitude of the natural soil processes. === A retenção de água no solo decorre da atuação de forças atrativas que se manifesta por meio dos fenômenos de adsorção e capilaridade. O potencial matricial (ψ) expressa a energia com que a água está retida no solo, que varia com a umidade volumétrica (Uv) e é descrita pela curva de retenção de água no solo (CRAS). A obtenção experimental da CRAS é difícil e onerosa, o que motiva o uso de funções de pedotransferência (FPT), que estimam a CRAS (ou parte dela) a partir de propriedades do solo ligadas à retenção de água. As FPTs disponíveis são limitadas quanto à aplicação para solos diferentes dos quais foram calibradas ou por não conseguirem representar o efeito de mudanças estruturais (variação na densidade do solo (Ds)) sobre a retenção de água. Portanto, o objetivo deste estudo é propor e avaliar um modelo matemático para estimar a umidade volumétrica, baseado na área superficial específica (ASE) e na integração do efeito da Ds a partir de um parâmetro físico-empírico (fa). Experimentalmente, CRAS foram obtidas a partir de solos com diferente granulometria, para os quais variações de Ds foram simuladas por meio da confecção de amostras em cilindros metálicos. A ASE foi estimada por meio da curva granulométrica. A dependência de fa em relação às variáveis ψ, ASE e Ds, foi descrita pelo modelo sigmoidal de Van Genuchten (1980), enquanto o efeito da ASE e Ds foi incorporado aos parâmetros desse modelo sigmoidal por meio de análise gráfica e de sensibilidade. As estimativas do modelo proposto foram comparadas com estimativas de FPTs da literatura para o mesmo conjunto de dados. Inicialmente, verificou-se que, mesmo utilizando amostras confeccionadas em laboratório, a obtenção experimental da CRAS demonstrou-se, por vezes, inconsistente, o que mascarou a capacidade preditiva do modelo. Contudo, é possível afirmar que a FPT proposta foi capaz de descrever o efeito da ASE e da Ds de forma fisicamente coerente com os fenômenos de adsorção e capilaridade, cumprindo com a proposta deste estudo. Além disso, a consistência física-empírica entre ASE e Ds e os parâmetros de ajuste do modelo sigmoidal de Van Genuchten (1980) permitiram melhor desempenho preditivo comparado às FPTs da literatura. De forma mais ampla, os resultados reforçam a ideia de que modelos que explorem mecanisticamente a relação entre variáveis preditas e preditoras são mais eficientes na estimativa da magnitude dos processos naturais ligados ao solo.