RELAÇÕES DA EROSÃO EM SULCOS COM VAZÕES APLICADAS E DOSES DE RESÍDUOS DE TRIGO INCORPORADOS A UM PLINTOSSOLO FRANCO-ARGILOARENOSO¹

RILL EROSION RELATED TO INFLOW RATES AND AMOUNTS OF INCORPORATED WHEAT STRAW IN A SANDY CLAY LOAM PALEUDULT SOIL

RESUMO

Avanços na predição da erosão hídrica do solo requerem informações a respeito da relação entre os processos erosivos e seus fatores determinantes. Com o objetivo de relacionar perdas de solo em sulcos com vazões aplicadas e doses de resíduos de trigo incorporados ao solo, realizou-se um experimento de campo sobre erosão em sulcos, em um plintossolo franco-argiloarenoso, em Eldorado do Sul (RS). Em solo recém-trabalhado, com 8,5% de declividade média, incorporaram-se doses de palha de trigo (0, 1.200, 2.400 e 4.800 kg ha^-1) e aplicaram-se vazões de água de 10, 20, 30 e 40 L min^-1 em sulcos idealizados, com 5 m de comprimento no sentido do declive. Foram realizadas três repetições de cada combinação de tratamentos. Os resultados mostraram que a erosão em sulcos é função direta da tensão cisalhante do fluxo, desde que essa seja superior à tensão crítica de cisalhamento do solo. A taxa de erosão em sulcos apresentou decréscimo exponencial desde o início do teste. O diâmetro médio das partículas do sedimento variou em função do tempo de aplicação de água aos sulcos, porém não em função da descarga no sulco nem da quantidade de resíduo incorporado ao solo. Um fator de erodibilidade do solo em sulcos de K_r = 0,0077 kg N^-1 s^-1 foi obtido para o solo em estudo, em condição padrão de solo preparado e descoberto.

Termos de indexação
erosão em sulcos; erodibilidade do solo em sulcos; resíduo incorporado; vazão; tensão cisalhante do fluxo; tensão crítica de cisalhamento do solo

SUMMARY

The advances in soil water erosion studies requires information on the erosion processes and their determining factors. A field study was conducted in a sandy clay loam Paleudult soil, in Eldorado do Sul, State of Rio Grande do Sul, Brazil, with the objective of relating soil losses due to inflow rates in furrows and amount of soil incorporated residues of wheat straw. Four amounts of wheat straw (0, 1,200, 2,400 and 4,800 kg ha^-1) and four inflow rates (10, 20, 30 and 40 L min^-1) were combined and applied on three replicates of pre-formed rills of 5 m long and 8.5% slope grade. The results show that rill erosion was a direct function of the flow shear stress, whenever it exceeded soil critical shear stress. Rill erosion rates decreased exponentially since the beginning of the test. The mean diameter of the sediment particles changed with the time of water application in the rills; it did not vary with the inflow rates nor with the amount of the soil incorporated wheat straw residue. A soil rill erodibility factor of K_r = 0.0077 kg N^-1 s^-1 was obtained for the studied soil, in bare soil conditions.

Index terms
rill erosion; soil rill erodibility; incorporated crop residue; inflow rates; flow shear stress; soil critical shear stress

INTRODUÇÃO

A erosão do solo é um processo de desagregação, transporte e deposição de partículas de solo pela chuva e pelo escoamento superficial (Ellison, 1947). Grande parte do solo perdido por erosão hídrica é retirado das áreas agrícolas mediante pequenos e bem definidos canais chamados sulcos. A concentração do escoamento superficial nesses canais é causada por irregularidades na superfície do solo ou por variações na sua densidade ou na sua erodibilidade. Além de servir como conduto para a retirada de solo erodido, a concentração do fluxo superficial, no fundo e nas paredes dos sulcos, pode causar a erosão denominada em sulcos. O principal agente da erosão em sulcos é a ação cisalhante do fluxo concentrado sobre o fundo e as laterais, agindo diretamente na desagregação de solo, na formação de incisões no leito dos sulcos (headcuts), as quais avançam para montante, isto é, contrariamente à direção do fluxo, ou no desmoronamento das paredes laterais.

A água, fluindo nos sulcos, desenvolve uma tensão cisalhante no seu perímetro molhado, podendo desagregar as partículas da massa do solo. A taxa de desagregação resultante, quando a tensão cisalhante do fluxo supera a tensão crítica de cisalhamento do solo, varia em função do tipo e manejo do solo, e é diretamente proporcional ao fator de erodibilidade em sulcos e à diferença entre a tensão cisalhante do fluxo e a tensão crítica de cisalhamento do solo. De acordo com Foster et al. (1989), a taxa atual de desagregação em sulcos é calculada para o caso de quando a tensão cisalhante do fluxo excede a tensão crítica de cisalhamento do solo e quando a carga de sedimento é menor que a capacidade de transporte do fluxo. Para a desagregação em sulcos, Foster et al. (1989) apresentam a seguinte expressão:

[1] ${\mathrm{D}}_{\mathrm{f}}={\mathrm{D}}_{\mathrm{rc}}(1-\frac{\mathrm{G}}{{\mathrm{T}}_{\mathrm{c}}})$

onde:

D_f = taxa de erosão em sulcos (kg m^-2 s^-1);

D_rc = capacidade de desagregação de solo pelo fluxo nos sulcos (kg m^-2 s^-1);

G = carga de sedimentos no fluxo (kg m^-1 s^-1);

T_c = capacidade de transporte de sedimentos nos sulcos (kg m^-1 s^-1).

Quando a tensão de cisalhamento do fluxo excede a tensão crítica de cisalhamento do solo, a capacidade de desagregação é expressa por (Foster et al., 1989):

[2] ${\mathrm{D}}_{\mathrm{rc}}={\mathrm{K}}_{\mathrm{r}}(\mathrm{\tau }-{\mathrm{\tau }}_{\mathrm{c}})$

onde:

D_rc = capacidade de desagregação de solo pelo fluxo nos sulcos (kg m^-2 s^-1);

K_r = fator de erodibilidade do solo em sulcos (kg N^-1 s^-1 ou s m^-1);

τ = tensão cisalhante do fluxo (N m^-2 ou Pa);

τ_c = tensão crítica de cisalhamento do solo (N m^-2 ou Pa).

A desagregação em sulcos é considerada zero quando a tensão de cisalhamento do fluxo (τ) é menor que a tensão crítica de cisalhamento do solo (τ_c).

A tensão cisalhante do fluxo (τ) é dada, conforme Chow (1959), pela seguinte expressão:

[3] $\mathrm{\tau }=\mathrm{\gamma RS}$

onde:

τ = tensão cisalhante do fluxo (N m^-2 ou Pa);

γ = peso específico da água (N m^-3);

R = raio hidráulico do sulco (m);

S = declividade do sulco (m m^-1).

Quando o fluxo concentrado provoca a erosão do solo, o sulco tende inicialmente a aprofundar-se devido à maior tensão cisalhante do fluxo no fundo do canal (Chow, 1959). O aprofundamento do sulco domina o processo até que o fluxo encontre uma camada de solo mais resistente à erosão, quando o sulco passa, predominantemente, a alargar-se. Tal alargamento provoca uma redução do raio hidráulico, o que, por conseguinte, provoca uma redução da tensão cisalhante do fluxo, mantida a mesma vazão no sulco. Quando a tensão cisalhante do fluxo se torna menor que a tensão crítica de cisalhamento do solo, o sulco atinge uma seção de equilíbrio, não havendo mais desagregação do solo em sulcos (Foster, 1982).

Resíduos vegetais recentemente incorporados ao solo podem reduzir a erosão em sulcos, desde que sejam expostos ao fluxo. Van Liew & Saxton (1983) verificaram que o efeito desses resíduos sobre a desagregação do solo nos sulcos é devido à redução da tensão cisalhante do fluxo atuante sobre o solo, à formação de locais de deposição de partículas e, a longo prazo, à melhoria da agregação do solo.

O conhecimento do tamanho das partículas erodidas dos sulcos permite a previsão de áreas deposicionais. Diversos autores relacionaram o diâmetro médio de partículas erodidas nos sulcos com sua taxa de enxurrada (Alberts et al., 1980; Foster et al., 1982) e resíduos vegetais incorporados ao solo (Brown, 1988), porém as informações disponíveis não são conclusivas e, algumas vezes, são contraditórias, não permitindo uma caracterização do tipo de partículas presentes nos sedimentos oriundos da erosão em sulcos.

A pesquisa em erosão hídrica no Brasil tem produzido muitos dados, sempre estudando, entretanto, os processos erosivos de forma global. A implementação de modelos mais detalhados e recentes de predição da erosão hídrica do solo, especialmente modelos baseados em fundamentos teóricos, tal como o Water Erosion Prediction Project (WEPP) (Lane & Nearing, 1989), requer o relacionamento dos diversos subprocessos de erosão hídrica do solo com os fatores que os influenciam. A fim de estabelecer algumas dessas relações, realizou-se um experimento de campo, relacionando a erosão em sulcos com vazões aplicadas e doses de resíduos vegetais incorporados ao solo. Os principais objetivos do trabalho foram: (a) determinar o fator de erodibilidade do solo em sulcos, para um plintossolo franco-argiloarenoso; (b) verificar a influência de vazões aplicadas e doses de resíduos de trigo incorporados ao solo sobre a erosão em sulcos, e (c) determinar o efeito de vazões aplicadas e resíduos de trigo incorporados ao solo sobre o diâmetro médio das partículas erodidas.

MATERIAL E MÉTODOS

O estudo foi desenvolvido no verão de 1991/1992 e no outono de 1992 na Estação Experimental Agronômica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Eldorado do Sul, RS, coordenadas geográficas 30°06’S de latitude e 51°39’W de longitude. O solo é um plintossolo franco-argiloarenoso (Mello et al., 1966), com 21,3% de argila, 17,1% de silte e 61,6% de areia, com declividade média de 8,5%. A área experimental foi mantida sem vegetação por dez meses antes da realização dos testes, mediante sucessivas arações e gradagens em nível.

Os tratamentos consistiram em combinações de quatro doses de palha seca de trigo (0, 1.200, 2.400 e 4.800 kg ha^-1) incorporadas ao solo, com a aplicação de quatro vazões de água (10, 20, 30 e 40 L min^-1).

No experimento de campo, adotou-se o delineamento de parcelas subdivididas, com as parcelas principais arranjadas em blocos. Cada bloco era constituído por quatro parcelas principais e, estas, por quatro subparcelas. Foram instalados três blocos, constituindo três repetições de cada uma das dezesseis combinações de tratamentos. Na parcela principal, com 4,8 m de largura por 5 m de comprimento, aplicaram-se as doses de palha de trigo: 0, 1.200, 2.400 e 4.800 kg ha^-1. A palha de trigo, seca ao ar, foi picada e distribuída uniformemente sobre a superfície e incorporada ao solo por meio de uma aração com arado de discos, a 20 cm de profundidade, e duas gradagens niveladoras, sendo todas as operações no sentido do declive. Cada parcela principal foi dividida em quatro subparcelas, onde se aplicaram as vazões de 10, 20, 30 e 40 L min^-1 respectivamente. Cada vazão foi aplicada em um sulco pré-formado com 5 m de comprimento no sentido do declive e seção triangular, com dimensões de 0,46 m de largura superior (base do triângulo invertido) e 0,07 m de profundidade (altura do triângulo). Esquema semelhante foi utilizado por Alberts et al. (1980) e Foster et al. (1982). A área de solo, ocupada pelo sulco em cada parcela e mais uma bordadura de 30 cm de cada lado, foi umedecida na véspera, utilizando-se regadores de jardim. A área foi então mantida coberta com lona plástica até o momento da realização do teste. Com isso, ao iniciar os testes, a camada arável encontrava-se com umidade próxima à capacidade de campo. Isso foi efetuado partindo da premissa básica que fluxo superficial de água só ocorre quando o solo está saturado com água ou próximo disso.

A água foi aplicada às extremidades superiores dos sulcos por gravidade. Tanques com nível de carga constante dotados de registros e mangueiras permitiram a pré-calibração e a condução das vazões até os respectivos sulcos. As vazões foram mantidas constantes durante os quarenta minutos de duração do teste.

Realizaram-se amostragens e medições periódicas para a determinação da taxa de descarga da enxurrada e concentração de solo na enxurrada a 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37 e 39 minutos após o início dos testes. Coletas de material aos 2, 11, 24 e 39 minutos do início do teste foram efetuadas para determinação do diâmetro médio das partículas erodidas (Giasson, 1992). A velocidade superficial da enxurrada foi medida pela quantificação do tempo que um corante (azul-de-metileno) gastou para percorrer os 3 m centrais do sulco a 1, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 e 39 minutos de teste, seguindo procedimento semelhante ao de Alberts et al. (1980). A velocidade média do fluxo foi obtida, multiplicando-se a velocidade superficial média, dada pelo avanço do corante, por 0,6 (Brown, 1988; Giasson, 1992).

Os componentes geométricos da seção transversal do sulco foram determinados no início e no final dos testes. A área, o raio hidráulico e o perímetro molhado do fluxo são importantes componentes geométricos daquela seção transversal. Entretanto, são de difícil determinação durante a ocorrência do fluxo canalizado, tendo em vista as alterações na forma geométrica do sulco, provocadas pela erosão no fundo e nas paredes. Imediatamente antes do início dos testes, a forma geométrica dos sulcos foi determinada com o auxílio de um rugosímetro de hastes espaçadas em 2 cm (Kuipers, 1957), em dois pontos ao longo dos sulcos, à distância de 1 e 4 m da sua extremidade superior. Com essa medição, pôde-se determinar a inclinação (z) das suas paredes. No primeiro minuto do fluxo concentrado, mediu-se a descarga do sulco (Q) e a velocidade superficial do fluxo (V_s). Com isso, pela conversão da velocidade superficial em velocidade média do fluxo (V, onde V = V_s,0,6) (Giasson, 1992) e da equação de continuidade (Chow, 1959), pôde-se determinar a área da seção transversal do fluxo (A) naquele momento pela expressão A = Q/V. Conhecendo a área da seção transversal do fluxo (A) e a inclinação (z) do talude, pôde-se calcular a altura do fluxo (h), pela expressão h = (A/z)¹/2 (Schwab et al., 1981). Sabendo-se a altura (h) do fluxo superficial e a inclinação (z) do talude do sulco, pôde-se determinar o perímetro molhado (P_m) do sulco, pela expressão P_m = 2 h (z² + 1)¹/2. Estabelecida a área da seção transversal (A) e o perímetro molhado (P_m), calculou-se o raio hidráulico (R) do sulco pela expressão R = A/P_m (Schwab et al., 1981). No minuto final dos testes, a altura da lâmina de água foi medida em dois pontos ao longo do sulco, a 1 e a 4 m da sua parte superior (Giasson, 1992). No minuto seguinte, determinou-se sua forma geométrica, nos mesmos pontos, utilizando-se um perfilômetro (Kuipers, 1957). Mediante a forma geométrica do sulco e a altura do fluxo, determinou-se o perímetro molhado e a área da seção transversal, pelo método gráfico, utilizando-se, respectivamente, o curvímetro e o planímetro (Giasson, 1992). Dessa forma, pelo conhecimento da área (A) da seção transversal do fluxo e do perímetro molhado (P_m) do sulco, foi calculado o raio hidráulico (R) do fluxo pela expressão R = A/Pm. Por meio das determinações da área (A) da seção transversal, do perímetro molhado (P_m) e do raio hidráulico (R) do fluxo, no início e em dois pontos ao final dos testes, estabeleceram-se relações matemáticas entre tais variáveis. Com essas relações, pôde-se calcular, em qualquer momento do teste, o raio hidráulico e o perímetro molhado apenas conhecendo a área da seção transversal do fluxo, a qual é calculada pela medição da taxa de descarga (Q) do sulco e a velocidade superficial (V_s) do fluxo, pela equação da continuidade (Q = A V). O raio hidráulico, considerado representativo e utilizado para o cálculo da tensão cisalhante de cada sulco, foi a média dos valores calculados no início e medidos ao final dos testes em dois pontos nos sulcos. Para a determinação da erodibilidade do solo em sulcos e da tensão crítica de cisalhamento do solo, utilizaram-se apenas os dados obtidos nos primeiros 20 minutos de teste, pois, após esse tempo, o fluxo concentrado já começara a atingir a camada de solo não preparada, por isso menos erodível, especialmente nas vazões mais altas.

A tensão de cisalhamento do fluxo foi determinada a partir da expressão [3], dada por Chow (1959), utilizando-se um valor de γ = 9807 N m^-3, para o peso específico da água e a declividade média determinada em cada sulco.

A taxa média de erosão em sulcos foi calculada pela expressão:

[4] ${\mathrm{e}}_{\mathrm{r}}=\frac{\mathrm{PS}}{\mathrm{LD}}$

onde:

e_r = taxa de erosão em sulcos (kg m^-1 s^-1);

PS = perda total de solo (kg);

L = comprimento do sulco (m);

D = duração do teste (s).

A taxa média de desagregação em sulcos foi calculada pela expressão:

[5] ${\mathrm{D}}_{\mathrm{r}}=\frac{{\mathrm{e}}_{\mathrm{r}}}{{\mathrm{P}}_{\mathrm{m}}}$

onde:

D_r = taxa de desagregação em sulcos (kg m² s^-1);

e_r = taxa de erosão em sulcos (kg m^-1 s^-1);

P_m = perímetro molhado médio do sulco (m).

A tensão crítica de cisalhamento do solo e a erodibilidade em sulcos foram obtidas pelo ajuste da equação [2] para condições de solo sem resíduos vegetais incorporados, por meio da relação entre a tensão de cisalhamento média do fluxo e as taxas de desagregação média de solo, considerados os dados experimentais obtidos nos primeiros 20 minutos de teste. Esse procedimento foi adaptado de Elliot et al. (1989).

A distribuição do tamanho de partículas erodidas nos sulcos foi determinada em laboratório por peneiração úmida. Antes desta, as amostras ficaram armazenadas no laboratório por um período que variou de 5 a 25 dias e foram peneiradas por agitação mecânica em peneiras de malha 2,0; 1,0; 0,5; 0,250 mm, durante dez minutos. As partículas que passaram por essas peneiras, menores que 0,250 mm, foram separadas por peneiração úmida manual em peneiras sobrepostas de 0,105; 0,053 e 0,037 mm de diâmetro de malha. O tamanho médio das partículas erodidas foi expresso pelo índice D₅₀, que representa o diâmetro para o qual 50% da massa de partículas são maiores e 50% da massa de partículas são menores. Detalhes do procedimento encontram-se em Giasson (1992).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Relações hidráulicas do fluxo em sulcos

As determinações efetuadas durante os testes permitiram o estabelecimento de relações entre as variáveis hidráulicas do fluxo em sulcos.

Os resultados de velocidade média do fluxo, medidas superficialmente e calculadas para o ponto médio da seção transversal dos sulcos (Quadro 1), mostram aumento em taxas decrescentes para a velocidade média da enxurrada em função da taxa de descarga e do raio hidráulico dos sulcos, conforme as expressões:

Quadro 1
Taxa média de descarga (Q), velocidade média do fluxo (V), tensão cisalhante do fluxo (τ), perda de solo (PS), área média da seção transversal (A), raio hidráulico médio (R) e perímetro molhado médio (P_m) dos sulcos. Média de três repetições

Tratamento		Q	V	τ	PS	A	R	Pm
Palha	Vazão
kg ha-1	-----L min-1-----		m s-1	N m-2	kg	m2	m
0	10	7,2	0,20	5,62	9,45	0,0006	0,0068	0,074
	20	18,1	0,24	9,37	34,64	0,0011	0,0107	0,097
	30	27,5	0,27	9,84	44,47	0,0014	0,0115	0,103
	40	38,3	0,28	10,25	79,13	0,0024	0,0124	0,153
1.200	10	9,8	0,21	6,63	18,65	0,0008	0,0081	0,085
	20	16,7	0,23	8,60	26,81	0,0012	0,0109	0,092
	30	30,9	0,28	7,66	61,51	0,0016	0,0119	0,114
	40	35,2	0,30	10,85	68,80	0,0024	0,0133	0,156
2.400	10	9,0	0,21	6,25	15,84	0,0007	0,0079	0,076
	20	17,5	0,22	7,90	34,09	0,0014	0,0099	0,108
	30	26,7	0,27	11,11	49,11	0,0019	0,0134	0,118
	40	38,6	0,36	10,24	54,82	0,0016	0,0128	0,116
4.800	10	8,1	0,19	6,95	14,20	0,0009	0,0078	0,074
	20	17,4	0,24	9,27	25,76	0,0013	0,0106	0,101
	30	28,5	0,28	10,94	48,05	0,0021	0,0130	0,123
	40	37,3	0,29	12,18	72,76	0,0026	0,0151	0,118

[6] $\mathrm{V}=0,11{\mathrm{Q}}^{0,27}({\mathrm{r}}^2=0,{55}^{\ast \ast })$

[7] $\mathrm{V}=3,54{\mathrm{Q}}^{0,58}({\mathrm{r}}^2=0,{46}^{\ast \ast })$

onde:

V = velocidade média da enxurrada (m s^-1);

Q = taxa de descarga da enxurrada (L min^-1);

R = raio hidráulico médio do sulco (m).

A equação [6] apresentou valor para o expoente muito semelhante ao obtido por Meyer et al. (1975) e Foster et al. (1984a), respectivamente, 0,32 e 0,28. As relações da velocidade média da enxurrada com a taxa de descarga da enxurrada e com o raio hidráulico médio do sulco, embora tenham sido muito significativas estatisticamente, apresentaram baixa correlação, conforme as expressões [6] e [7]. Dessa forma, as variações na velocidade média da enxurrada não podem ser totalmente explicadas pela variação nas taxas de descarga da enxurrada e no raio hidráulico médio dos sulcos, no presente estudo.

A tensão média cisalhante do fluxo (Quadro 1) aumentou com o aumento da taxa de descarga do sulco, conforme a equação:

[8] $\mathrm{\tau }=3,04{\mathrm{Q}}^{0,35}({\mathrm{r}}^2=0,{57}^{\ast \ast })$

onde:

τ = tensão cisalhante do fluxo (N m^-2);

Q = taxa de descarga do sulco (L min^-1).

Essa equação mostra que os aumentos da tensão cisalhante do fluxo em função da taxa média de descarga da enxurrada nos sulcos ocorrem em taxas decrescentes. A variação na tensão cisalhante do fluxo em função da variação nas taxas de descarga do sulco, obtida neste trabalho, é explicada em 57% dos casos pelo modelo apresentado na expressão [8], sendo a relação muito significativa em termos estatísticos. Foster et al. (1984b) obtiveram relação semelhante à equação [8], com expoente 0,34.

O raio hidráulico médio e o perímetro molhado médio mostraram relação potencial com a área da seção transversal dos sulcos, conforme as relações:

[9] $\mathrm{R}=0,21{\mathrm{A}}^{0,45}({\mathrm{r}}^2=0,{83}^{\ast \ast })$

[10] ${\mathrm{P}}_{\mathrm{m}}=4,83{\mathrm{A}}^{0,59}({\mathrm{r}}^2=0,{48}^{\ast \ast })$

onde:

R = raio hidráulico do sulco (m);

P_m = perímetro molhado médio do sulco (m);

A = área média da seção transversal do fluxo (m²).

As relações dadas pelas equações [9] e [10] foram estabelecidas com os parâmetros ajustados para todas as doses de resíduos vegetais incorporados ao solo. O modelo estatístico ajustado nessas expressões foi muito significativo nos dois casos. Entretanto, o raio hidráulico apresentou maior grau de dependência da área da seção transversal do fluxo do que o perímetro molhado. A relação obtida na expressão [9] permite que, a partir da determinação da área da seção transversal do fluxo, pela relação A = Q/V [onde: A = área da seção transversal do fluxo (m²), Q = taxa de descarga do sulco (m³ s^-1), e V = velocidade média do fluxo (m s^-1)], em qualquer instante durante o processo erosivo, possa ser determinado o raio hidráulico. Com isso, pode-se conhecer a tensão cisalhante do fluxo no mesmo momento, pela utilização da expressão [3], uma vez que se conheça a declividade do leito do sulco.

Os valores médios da área, perímetro molhado e raio hidráulico, para cada tratamento, apresentados no quadro 1, mostram a tendência de aumento do raio hidráulico e do perímetro molhado em função da área, ou seja, em função do aumento da vazão.

Efeitos da vazão sobre a erosão em sulcos

As taxas de erosão em sulcos mostraram uma redução exponencial em função do tempo durante os 40 minutos de teste, com estabilização a partir dos 20 minutos, para todas as vazões aplicadas (Figura 1). A redução da taxa de erosão em sulcos foi mais rápida para as maiores vazões. Tanto as taxas iniciais de erosão em sulcos como as de erosão em sulcos estabilizadas foram maiores para as maiores vazões. A imediata redução das taxas de erosão em sulcos desde o início do teste difere dos resultados de Foster et al. (1982) e de Brown (1988), que encontraram taxas de erosão em sulcos constantes para pequenas vazões (3,6 e 9 L min^-1 respectivamente) e taxas iniciais constantes seguidas de decréscimo para as maiores vazões (220 e 69 L min^-1 respectivamente). No trabalho de Brown (1988), a tensão crítica de cisalhamento do solo era de 6,2 N m^-2, enquanto a tensão de cisalhamento do fluxo variou de 8,32 N m^-2 (para a vazão de 9 L min^-1) até 14,54 N m^-2 (para vazão de 69 L min^-1). Foster et al. (1982) e Brown (1988) atribuíram o decréscimo da taxa de erosão em sulcos à probabilidade de o fluxo ter atingido camada de solo menos erodível. Entretanto, no presente estudo, o decréscimo foi imediato para todas as vazões aplicadas aos sulcos, inclusive para aquelas situações onde o fluxo jamais atingiu a camada menos erodível formada na profundidade de preparo do solo. Isso indica a necessidade de mais estudos para verificar se esse efeito na redução das taxas de erosão em sulcos é devido ao encontro de uma camada com maior tensão crítica de cisalhamento ou à redução da capacidade de desagregação do fluxo em vista de a quantidade de sedimentos transportados tender a usar maior quantidade de energia do fluxo.

Figura 1
Variação da taxa de erosão em sulcos em função do tempo para diversas vazões.

A taxa de erosão em sulcos aumentou potencialmente com o aumento das vazões, conforme se pode perceber pelo quadro 2. Essa relação pode ser expressa pela seguinte equação:

Quadro 2
Taxa média de erosão em sulcos em função das vazões aplicadas aos sulcos e doses do resíduo vegetal incorporado ao solo. Média de três repetições

Resíduo incorporado	Vazão aplicada (L min-1)
	10	20	30	40	Média
kg ha-1	------------------------(kg m-1 s) x 10-3------------------------
0	0,79cA(1)	2,89cA	3,71bA	6,60aA	3,49A
1.200	1,55bA	2,23bA	5,13aA	5,73aA	3,66A
2.400	1,32bA	2,84abA	4,09aA	4,57aA	3,21A
4.800	1,18cA	2,15bcA	4,00abA	6,06aA	3,35A
Média	1,21d	2,53c	4,23b	5,74a

• ⁽¹⁾ Médias seguidas da mesma letra minúscula na linha e médias seguidas da mesma letra maiúscula na coluna não apresentam diferenças significativas pelo teste de Duncan ao nível de 0,05.

[11] ${\mathrm{e}}_{\mathrm{r}}=9,43\times {10}^{-5}{\mathrm{Q}}^{1,13}({\mathrm{r}}^2=0,{70}^{\ast \ast })$

onde:

e_r = taxa de erosão em sulcos (kg m^-1 s^-1);

Q = taxa de descarga do sulco (L min^-1).

Na equação [11], o fato de o expoente ser próximo à unidade, mostra que a relação é quase linear. Conforme a equação [8], o aumento na taxa de descarga no sulco provoca aumento da tensão cisalhante do fluxo, sendo, certamente, essa a causa do aumento da taxa de erosão em sulcos com o aumento das taxas de descarga.

Efeito dos resíduos vegetais incorporados ao solo sobre a taxa de erosão em sulcos

A quantidade de resíduos vegetais incorporados na camada de solo preparada não foi uniforme em toda a sua profundidade, em vista de os resíduos estarem espalhados sobre a superfície e do tipo de implementos usados na incorporação. A distribuição resultante foi irregular com a profundidade da camada preparada, tendo os resíduos se concentrado mais na sua parte inferior (15-20 cm de profundidade). Por isso, nas menores vazões, os resíduos foram menos expostos ao fluxo. Possivelmente, em função dessa condição, não se verificaram efeitos significativos dos resíduos vegetais sobre as taxas de erosão em sulcos (Quadro 2). Brown (1988), trabalhando com resíduos de milho incorporados em doses que variaram de 0 a 4.500 kg ha^-1, e com vazões de 9 a 69 L min^-1, encontraram redução significativa da erosão em sulcos com o aumento da dose de resíduo em todas as vazões estudadas. Esse autor atribuiu o fato também à incorporação uniforme do resíduo em toda a profundidade da camada trabalhada. No presente estudo, como não houve grande variação no perímetro molhado médio dos sulcos em função da quantidade de resíduo incorporado (conforme se pode constatar pelo quadro 1), também não ocorreu variação significativa nas taxas de desagregação de solo em sulcos, calculadas pela expressão [5], entre as várias doses de resíduos incorporados. É importante perceber a necessidade da informação do tipo de equipamento utilizado na incorporação e do padrão de uniformidade de incorporação dos resíduos no solo, além da menção da quantidade de resíduos incorporados. A simples referência a tais quantidades é, por si só, insuficiente.

Erodibilidade do solo em sulcos e tensão crítica de cisalhamento do solo

O fator de erodibilidade do solo em sulcos, determinado em condições de solo descoberto e recentemente preparado, é dado pelo valor K_r, obtido da relação entre tensão de cisalhamento do fluxo (τ) e taxa de desagregação de solo em sulcos (D_r) apresentada na expressão [2]. Para tanto, admitiu-se que a taxa de desagregação do solo pelo fluxo (D_f) tenha sido praticamente igual à capacidade de desagregação em sulcos (D_rc), conforme a expressão [1]. Essa premissa é consubstanciada no fato de que a carga de sedimentos (G) é muito menor que a capacidade de transporte (T_c) do fluxo (Equação [1]), fato caracterizado por Giasson (1992).

A partir da relação apresentada na figura 2, pode-se determinar o valor do fator erodibilidade do solo em sulcos e da tensão crítica de cisalhamento para o solo estudado. O valor obtido para o plintossolo franco-argiloarenoso desse estudo foi de K_r = 0,0077 kg N^-1 s^-1 para o fator de erodibilidade do solo em sulcos e de τ_c = 1,13 N m^-2 para a tensão crítica de cisalhamento.

Figura 2
Taxa de desagregação de solo em sulcos em função da tensão cisalhante do fluxo, para solo sem resíduos incorporados.

Brown (1988) obteve um valor de K_r = 0,047 kg N^-1 s^-1, para um solo franco-siltoso (Russell silt loam), valor esse pouco mais que seis vezes maior do que o obtido no presente estudo. O mesmo autor, para o solo citado, obteve um valor para a tensão crítica de cisalhamento do solo de τ_c = 6,2 N m^-2, valor quase cinco vezes e meio maior que o determinado no presente trabalho (τ_c = 1,13 N m^-2). Utilizando a equação de predição da erodibilidade do solo em sulcos desenvolvida no modelo do WEPP e apresentada por Lane & Nearing (1989), obteve-se a estimativa do valor da erodibilidade do solo em sulcos para o solo do presente estudo de K_r = 0,0056 kg N^-1 s^-1, relativamente próximo ao obtido experimentalmente no campo. Existe, ainda, necessidade de um maior número de investigações que quantifiquem a erodibilidade em sulcos e a tensão crítica de cisalhamento do solo para várias combinações de características de solo, a fim de haver observações em número e variabilidade suficientes para testar, para as condições locais, os atuais modelos de erosão do solo ou, mesmo, elaborar modelos mais adequados às nossas condições.

Distribuição do tamanho de partículas erodidas

O diâmetro médio de partículas erodidas não mostrou nenhuma variação significativa em função das vazões e doses de resíduos incorporados ao solo.

Quadro 3
Valores do índice D₅₀ médio em função das doses de resíduo incorporado ao solo, vazão aplicada e tempo de aplicação de água aos sulcos. Médias de doze repetições

	Tempo (min)
	2	11	24	39	Média
Doses de resíduo incorporado
kg ha-1
0	0,3152a(1)	0,2708b	0,2670b	0,2738b	0,2817A
1.200	0,3173a	0,2742b	0,2826b	0,2648b	0,2847A
2.400	0,3054a	0,2628b	0,2387b	0,2316b	0,2596A
4.800	0,3013a	0,2702a	0,2903ab	0,2431b	0,2762A
Vazões aplicadas
L min-1
10	0,3186a	0,2535b	0,2378b	0,2579b	0,2670A
20	0,3044a	0,2738ab	0,2719ab	0,2464b	0,2741A
30	0,3229a	0,2739b	0,2823b	0,2768b	0,2890A
40	0,2933a	0,2767a	0,2866a	0,2322b	0,2722A
Média	0,3098a	0,2695b	0,2696b	0,2533b

• ⁽¹⁾ Médias seguidas da mesma letra minúscula na linha e da mesma letra maiúscula na coluna não apresentam diferenças significativas pelo teste de Duncan ao nível de 0,05.

Somente foi constatada variação significativa do diâmetro médio de partículas do sedimento em função do tempo de aplicação de água aos sulcos, sendo maior o diâmetro aos 2 minutos do que nas demais amostragens: aos 11, 24 e 39 minutos (Quadro 3).

Não se encontrou influência das vazões aplicadas (de 10 a 40 L min^-1) no diâmetro médio das partículas erodidas, da mesma forma que Alberts et al. (1980), que aplicaram vazões de até 60 L min^-1. Foster et al. (1982) obtiveram aumento do diâmetro médio de partículas com o aumento das vazões, porém aplicaram vazões de até 220 L min^-1. Considerando as condições deste trabalho, com solo recém-preparado, a vazão pode não ter sido determinante do tamanho de partículas erodidas, em vista de o solo já apresentar alta desagregação provocada pelo preparo, especialmente, no início da aplicação das vazões. Além disso, em solos coesivos, o processo de erosão em sulcos não é seletivo, pela natureza convectiva do processo de desagregação (Foster, 1982).

Brown (1988) não obteve nenhuma relação entre o diâmetro médio das partículas erodidas e as quantidades de resíduos vegetais incorporados ao solo semelhantes às utilizadas no presente trabalho. Embora os resíduos vegetais expostos ao fluxo criem locais de turbulência, essa não deve ser suficiente para provocar redução significativa da capacidade de transporte do fluxo, a ponto de causar a deposição das partículas maiores. Conforme Brown (1988), o maior efeito dos resíduos incorporados sobre o diâmetro médio de partículas erodidas ocorre a longo prazo e deve-se ao efeito de sua decomposição na agregação das partículas do solo, aumentando o diâmetro médio das partículas erodidas.

CONCLUSÕES

1. As taxas de erosão em sulcos foram dependentes da vazão nos sulcos. Com o aumento das vazões, ocorreram aumentos nas taxas de erosão em sulcos.

2. O valor do fator de erodibilidade do solo em sulcos, determinado para o plintossolo franco-argiloarenoso, utilizado no estudo, foi de 0,0077 kg N^-1 s^-1, tendo sido determinada uma tensão crítica de cisalhamento para esse solo de τ_c = 1,13 N m^-2.

3. O diâmetro médio das partículas do sedimento erodido em sulcos não foi afetado pelas vazões nos sulcos nem pelo aumento das quantidades de resíduos vegetais incorporados ao solo.

4. Nas condições de incorporação não uniforme dos resíduos de trigo na profundidade da camada de solo preparada, esses não foram efetivos na redução das taxas médias de erosão em sulcos.

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Renato Levien, ao Engº-Agrº Carlos Alberto Rockenbach, aos funcionários do Departamento de Solos da FA/UFRGS e da Estação Experimental Agronômica da UFRGS, pela intensiva ajuda nos trabalhos de campo. À Direção da Estação Experimental Agronômica da UFRGS, pela cessão da área experimental e pelas facilidades concedidas para a realização do trabalho de campo. À UFRGS, à CAPES e à FAPERGS, pelo auxílio financeiro.

¹

Parte da dissertação de mestrado em Ciência do Solo, do primeiro autor, apresentada à Universidade Federal do Rio Grande do Sul, realizada com recursos da FAPERGS. Trabalho apresentado no XXIV Congresso Brasileiro de Ciência do Solo, Goiânia, 25 a 31 de julho de 1993.

LITERATURA CITADA

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  02 Nov 2026
• Data do Fascículo
  1996

Histórico

• Recebido
  Jun 1995
• Aceito
  Dez 1995