Utilização da Metodologia Beerkan para estimar a condutividade hidráulica e a sorvidade do solo em diferentes usos e profundidades no Semiárido Brasileiro

Taíza Nogueira Barros , José Ângelo Sebastião Araujo dos Anjos e Eduardo Soares de Souza

Resumo
O conhecimento das propriedades hidrodinâmicas do solo é essencial para a simulação dos processos hidrológicos, auxiliando na solução de questões ligadas à conservação ambiental, à agricultura e à gestão dos recursos hídricos. Objetiva-se com o presente trabalho, estimar a condutividade hidráulica e sorvidade, através da Metodologia de Beerkan e analisar comparativamente o intervalo de confiança nas áreas de Caatinga, Sistema Agroflorestal e Pastagem em diferentes profundidades no Semiárido Brasileiro. A pesquisa foi conduzida em solo de textura franco arenosa a franco argilo arenosa classificado como Neossolo Litólico. Os testes de infiltração de água no solo com infiltrômetro de anel simples foram realizados nas áreas de Caatinga, sistema agroflorestal e pastagem, nas profundidades de 0-10 cm, 10-20 cm e 20-30 cm, com três repetições para estimar através do Método Beerkan os atributos físicos e hídricos: umidade saturada solo, condutividade hidráulica do solo e a sorvidade do solo. Para avaliar a qualidade física do solo foi utilizada a condutividade hidráulica como indicador escolhido na literatura, com suas respectivas faixas ótima ou limite crítico. Os resultados foram tratados nos softwares Excel para obtenção da estatística descritiva e no programa RStudio para uma análise Bootstrap. Em seguida foi aplicado o teste t para identificar os intervalos de confiança e geração dos gráficos. A Caatinga preservada apresentou os melhores valores, assegurando maior infiltração e qualidade estrutural do solo; a Pastagem mostra os menores resultados, devido à compactação e redução da macroporosidade; e os Sistemas Agroflorestais (SAFs) ocupam posição intermediária, contribuindo para a recuperação parcial das funções hidrológicas.

Palavras-chave
Método Beerkan; Intervalo de confiança; Condutividade hidráulica; Sorvidade; Semiarido Brasileiro.

Abstract
Use of the Beerkan Methodology to estimate Soil Hydraulic Conductivity and Soil Sorptivity in different uses and depths in the Brazilian Semiarid Region. Knowledge of the soil's hydrodynamic properties is essential for simulating hydrological processes, helping to address issues related to environmental conservation, agriculture, and water resource management. This study aims to estimate hydraulic conductivity and sorptivity using the Beerkan methodology and to comparatively analyze the confidence interval in areas of caatinga, agroforestry systems, and pasture at different depths in the Brazilian Semi-Arid region. The research was conducted on sandy loam to sandy clay loam soil classified as Litholic Neosol. Soil infiltration tests with a single-ring infiltrometer were performed in the Caatinga, Agroforestry Systems, and Pasture areas at depths of 0-10 cm, 10-20 cm, and 20-30 cm, with three replicates. Using the Beerkan Method, we estimated the physical-hydraulic attributes: soil saturated moisture, soil hydraulic conductivity, and soil sorptivity. To assess soil physical quality, hydraulic conductivity was used as an indicator chosen from the literature, along with its respective optimal ranges or critical limits. The results were processed using Excel software to obtain descriptive statistics and RStudio for a Bootstrap analysis. Then, the t-test was applied to identify confidence intervals and generate graphs. The preserved Caatinga showed the best values, ensuring greater infiltration and soil structural quality; the Pasture showed the lowest results due to compaction and reduced macroporosity; and Agroforestry Systems (AFSs) occupied an intermediate position, contributing to the partial recovery of hydrological functions.

Keywords
Beerkan Method; Confidence interval; Hydraulic conductivity; Sorptivity; Brazilian Semi-arid.

DOI
10.21438/rbgas(2025)123227


Texto completo

 Baixar este arquivo PDF

 


Referências
Alagna, V.; Bagarello, V.; Di Prima, S.; Giordano, G.; Iovino, M. Testing infiltration run effects on the estimated water transmission properties of a sandy-loam soil. Geoderma, v. 267, p. 24-33, 2016. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2015.12.029

Alcântara, L. R. P.; Coutinho, A. P.; Santos Neto, S. M.; Rabelo, A. E. C. G. C.; Antonino, A. C. D. Modeling of the hydrological processes in Caatinga and pasture areas in the Brazilian semi-arid. Journal Water, v. 13, 1877, p. 1-27, 2021. https://doi.org/10.3390/w13131877

Alvares, C. A.; Stape, J. L.; Sentelhas, P. C.; Gonçalves, J. L. M.; Sparovek, G. Köppen's climate classification map for Brazil. Meteorologische Zeitschrift, v. 22, n. 6, p. 711-728, 2013. https://doi.org/10.1127/0941-2948/2013/0507

Amorim, H. C. S.; Ashworth, A. J.; O'Brien, P. L.; Thomas, A. L.; Runkle, B. R. K.; Philipp, D. Temperate silvopastures provide greater ecosystem services than conventional pasture systems. Scientific Reports, v. 13, n. 1, 18658, 2023. https://doi.org/10.1038/S41598-023-45960-0

Angulo-Jaramillo, R.; Bagarello, V.; Di Prima, S.; Gosset, A.; Iovino, M.; Lassabatere, L. Beerkan Estimation of Soil Transfer parameters (BEST) across soils and scales. Journal of Hydrology, v. 576, p. 239-261, 2019. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.06.007

Bagarello, V.; Castellini, M.; Di Prima, S.; Iovino, M. Soil hydraulic properties determined by infiltration experiments and different heights of water pouring. Geoderma, v. 213, p. 492-501, 2014a. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2013.08.032

Bagarello, V.; Di Prima, S.; Oliveira, G.; Iovino, M. A test of the Beerkan estimation procedure of soil transfer parameters (BEST). Geoderma, v. 221, p, 20-27, 2014b. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2014.01.017

Bagarello, V.; Gaetano Caltabellotta, G.; Iovino, M. Water transmission properties of a sandy-loam soil estimated with Beerkan runs differing by the infiltration time criterion. Journal of Hydrology and Hydromechanics, v. 69, n. 2, p. 151-160, 2021. https://doi.org/10.2478/johh-2021-0010

Barros, K.; Ribeiro, C. A. A. S.; Marcatti, G. E.; Lorenzon, A. S.; Castro, N. L. M.; Domingues, G. F.; Carvalho, J. R.; Santos, A. R. Markov chains and cellular automata to predict environments subject to desertification. Journal of Environmental Management, v. 225, n. 159, p. 160-167, 2018. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.07.064

Borges, E.; Antonino, A. C. D.; Dall'olio, A.; Audry, P.; Carneiro, C. J. G. Determinação da condutividade hidráulica e da sorvidade de um solo não-saturado utilizando-se permeâmetro a disco. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 34, n. 11, p. 2083-2089, 1999. https://doi.org/10.1590/S0100-204X1999001100015

Bouslihim, Y.; Rochdi, A.; El Amrani Paaza, N.; Liuzzo, L. Understanding the effects of soil data quality on SWAT model performance and hydrological processes in Tamedroust watershed (Morocco). Journal of African Earth Sciences, v. 160, 103616, 2019. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2019.103616

Centeno, L. N.; Guevara, M. D. F.; Cecconello, S. T.; Sousa, R. O. D.; Timm, L. C. Textura do solo: conceitos e aplicações em solos arenosos. Revista Brasileira de Engenharia e Sustentabilidade, v. 4, n. 1, p. 31-37, 2017. https://doi.org/10.15210/rbes.v4i1.11576

Centeri, C. Effects of grazing on water erosion, compaction and infiltration on grasslands. Hydrology, v. 9, n. 2, 34, 2022. https://doi.org/10.3390/hydrology9020034

Di Prima, S.; Lassabatere, L.; Bagarello, V.; Iovin, M.; Angulo-Jaramillo, R. Testing a new automated single ring infiltrometer for Beerkan infiltration experiments. Geoderma, v 262, p 20-34, 2016. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2015.08.006

Efron, B. Bootstrap methods: Another look at the jackknife. The Annals of Statistics, v. 7, n. 1, p. 1-26, 1979. https://doi.org/10.1214/aos/1176344552

Efron, B. Bootstrap methods: Another look at the jackknife. In: Kotz, S.; Johnson, N. L. (Eds.). Breakthroughs in statistics. New York: Springer, 1992. (Springer Series in Statistics). https://doi.org/10.1007/978-1-4612-4380-9_41

Falka, D.; Winowieckib, L. A.; Vågenb, T.; Lohbeckc, M.; Ilstedta, U.; Muriukid, J.; Mwanikid, A.; Tobellaa, A. B. Drivers of field-saturated soil hydraulic conductivity: Implications for restoring degraded tropical landscapes. Science of the Total Environment, v. 907, 168038, 2024. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.168038

França Neto, J. M.; Coutinho, A. P.; Di Prima, S.; Bezerra, S. T. M.; Santos Neto, S. M.; Rabelo, A. E. C. G. C.; Oliveira, A. L.; Antonino, A. C. D. Variability and spatial distribution of hydrodynamic properties in soil with preserved Caatinga. Brazilian Journal of Water Resources, v. 26, e20, 2021. https://doi.org/10.1590/2318-0331.262120210058

Gerlach, M. D.; Lozano-Baez, S. E.; Castellini, M.; Guzman, N.; Gomez, W. A.; Medina, B. Low cost and easy to implement physical and hydrological soil assessment of shade-grown coffee in Santa Rosa, Guatemala. Journal Land, v. 12, n. 2, 390, 2023. https://doi.org/10.3390/land12020390

Gomes, R. A. Procedimento experimental combinando infiltrômetros de anel simples e de aspersão: interpretação hidrodinâmica em solos sob agroecossistemas do Sertão do Pajeú. Recife: Uiversidade Federal Rural de Pernambuco, 2022. (Disertação de mestrado).

Han, D.; Wang, G.; Liu, T.; Xue, B. L.; Kuczera, G.; Xu, X. Hydroclimatic response of evapotranspiration partitioning to prolonged droughts in semiarid grassland. Journal of Hydrology, v. 563, p. 766-777, 2018. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.06.048

Hillel, D. Enviromental soil physics. New York: Academic Press, 1998.

Jacomine, P. K. T.; Cavalcanti, A. C.; Burgos, N.; Pessoa, S. C. P.; Silveira, C. O. Levantamento exploratório: reconhecimento de solos do Estado de Pernambuco. Recife: MA-DPP: SUDENE-DRN, 1973. v. 2.

Lassabatère, L.; Angulo-Jaramillo, R.; Soria Ugalde, J. M.; Cuenca, R.; Braud, I.; Haverkamp, R. Beerkan estimation of soil transfer parameters through infiltration experiments - BEST. Soil Science Society of America Journal, v. 70, p. 521-532, 2006. https://doi.org/10.2136/sssaj2005.0026

Lassabatère, L.; Peyneau, P.; Yilmaz, D.; Pollacco, J.; Fernández-Gálvez, J.; Latorre, B.; Moret-Fernández, D.; Di Prima, S.; Rahmati, M.; Stewart, R. D.; Najm, M. A.; Hammecker, C.; Angulo-Jaramillo, R. A scaling procedure for straightforward computation of sorptivity. Hydrology and Earth System Sciences, v. 25, p. 5083-5104, 2021. https://doi.org/10.5194/hess-25-5083-2021

Lima, V. F.; Lima, J. R. D. S.; Alves, E. M.; Coutinho, A. P.; Soares, W. D. A. Hydrodynamic behavior of soils in recession agriculture in semiarid of Pernambuco State (Brazil). Journal of Environmental Analysis and Progress, v. 1, n. 1, p. 52-60, 2016. https://doi.org/10.24221/jeap.1.1.2016.984.52-60

Macedo, R. S.; Moro, L.; Lambais, É. O.; Lambis, G. R.; Bakker, A. P. Effects of degradation on soil attributes under Caatinga in the Brazilian Semi-Arid. Revista Árvore, v. 47, e4702, 2023. https://doi.org/10.1590/1806-908820230000002

Oliveira Júnior, J. A. S.; Souza, E. S.; Corrêa, M. M.; Lima, J. R. S.; Souza, R. M. S.; Silva Filho, L. A. Variabilidade espacial de propriedades hidrodinâmicas de um Neossolo Regolítico sob pastagem e Caatinga. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 18, n. 6, p. 631-639, 2014. https://doi.org/10.1590/S1415-43662014000600010

Oresca, D.; Souza; E. S.; Souza, R. M. S.; Silva, J. R. I.; Moura, D. P.; Sampaio, E. V. S. B.; Hammecker, C.; Lima, J. R. S.; Menezes, R. S. C.; Pessoa, L. G. M.; Ferrão, N. G. M.; Antonino, A. C. D. Impact of conversion of the Caatinga forest to different land uses on soil and root respiration dynamics in the Brazilian Semiarid Region. Sustainability, v. 16, n. 23, 10652, 2024. https://doi.org/10.3390/su162310652

Paula Filho, F. J.; Sampaio, A. D. S.; Menezes, J. M. C.; Costa, C. T. F.; Santiago, M. O. Land uses, nitrogen and phosphorus estimated fluxes in a Brazilian semi-arid watershed. Journal of Arid Environments, v. 163, p. 41-49, 2019. https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2019.01.001

Payton, M. E.; Miller, A. E.; Raun, W. R. Testing statistical hypotheses using standard error bars and confidence intervals. Communications in Soil Science and Plant Analysis, v. 50, p. 547-551, 2000. https://doi.org/10.1080/00103620009370458

Philip, J. R. The Theory of Infiltration: 4. Sorptivity and algebraic infiltration equations. Soil Science, v. 84, n. 3, p. 257-264, 1957.

Pinheiro, R. J. B.; Nummer, A. V.; Rauber, A. C. Determinação da condutividade hidráulica das principais unidades geológico-geotécnicas de Santa Maria-RS. Revista Geociências, v. 36, n. 2, p. 347-363, 2017. https://doi.org/10.5016/geociencias.v36i2.12592

Price, K.; Jackson, C. R.; Parker, A. J. Variation of surficial soil hydraulic properties across land uses in the Southern Blue Ridge Mountains, North Carolina, USA. Journal of Hydrology, v. 383, p. 256-268, 2010. https://doi.org/10.1016/jhydrol.2009.12.041

Rachman, A.; Anderson, S. H.; Gantzer, C.; Alberts, E. E. Soil hydraulic properties influenced by stiff-stemmed grass hedge systems. Soil Science Society of America Journal, v. 68, p. 1386-1393, 2004. https://doi.org/10.2136/sssaj2004.1386

Ramalho, M. F. J. L. A fragilidade ambiental do Nordeste brasileiro: o clima semiárido e as imprevisões das grandes estiagens. Sociedade e Território, v. 25, n. 2, p. 104-115, 2013.

Reynolds, W. D.; Drury, C. F.; Tan, C. S.; Fox, C. A.; Yang, X. M. Use of indicators and pore volume-function characteristics to quantify soil physical quality. Geoderma, v. 152, n. 3/4, p. 252-263, 2009. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.06.009

Reynolds, W. D.; Drury, C. F.; Yang, X. M.; Fox, C. A.; Tan, C. S.; Zhang, T. Q. Land management effects on the near-surface physical quality of a clay loam soil. Soil and Tillage Research, v. 96, p. 316-330, 2007. https://doi.org/10.1016/j.still.2007.07.003

Reynolds, W. D.; Elrick, D. E. Hydraulic conductivity of saturated soils, constant head method. In: Dane, J. H.; Topp, G. C. (Eds.). Methods of soil analysis: Part 4, Physical methods. Madison: Soil Science Society of America, 2002. (Book Series, 5). p. 694-700.

Sales, E. G.; Almeida, C. N.; Farias, A. S.; Coelho, V. H. R. Hydrodynamic characterization of soils within a representative watershed in Northeast Brazil. Proceedings of IAHS, v. 364, p. 94-99, 2014. https://doi.org/10.5194/piahs-364-94-2014

Santos, D. P.; Montenegro, A. A. A.; Rodrigues, R. A. S.; Araújo, D. C. S.; Santos, C. S.; Cruz Neto, J. F. Variabilidade espacial de atributos físicos do solo em vale aluvial na Região de Pernambuco. Revista Brasileira de Agricultura Irrigada, v. 12, n. 1, p. 2271-2282, 2018. https://doi.org/10.7127/rbai.v12n100647

Santos, E. S.; Souza, E. S.; Pessoa, L. G. M.; Leite, P. A.; Wilcox, B. P.; Silva, J. R. I. Water erosion in Caatinga and degraded pasture areas in semiarid region. Amazonian Journal of Plant Research, v. 2, n. 4, p. 261-266, 2018.

Soares, W. A.; Silva, S. R.; Lima, J. R. S. Land-use change effect on the hydro-dynamic characteristics of soil in the Brazilian semi-arid region. Revista Ambiente e Água, v. 15, n. 2, e2368, 2020. https://doi.org/10.4136/ambi-agua.2368

Souza, E. S.; Antonino, A. C. D.; Angulo-Jaramillo, R.; Maciel Netto, A.; Montenegro, S. M. G. L.; Silva, E. B. Variabilidade espacial dos parâmetros hidrodinâmicos de duas parcelas agrícolas no Estado da Paraíba. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 32, p. 1795-1804, 2008. https://doi.org/10.1590/S0100-06832008000500001

Souza, E. S.; Antonino, A. C. D.; Maciel Netto, A.; Souza, R. M. S.; Gondim, M. V. S.; Lima, V. F.; Lima, J. R. D. S.; Alves, E. M.; Coutinho, A. P.; Soares, W. D. A. Comportamento hidrodinâmico de solos em cultivos de vazante no Semiárido de Pernambuco. Journal of Environmental Analysis and Progress, v. 1, n. 1, p. 52-60, 2016. https://doi.org/10.24221/jeap.1.1.2016.984.52-60

Souza, M. T. S.; Silva, M. E. F.; Paulo, P. F. M.; Ribeiro, A. B.; Andrade, A. P.; Cassuce, M. R. Caracterização climática e o efeito do estresse hídrico sob as plantas nativas da Caatinga. Publicações em Medicina Veterinária e Zootecnia, v. 8, n. 1, 1655, 2014.

Teixeira, P. C.; Donagemma, G. K.; Fontana, A.; Teixeira, W. G. Manual de métodos de análise de solo. 3. ed. Brasília: EMBRAPA, 2017.

Udawatta, R. P.; Gantzer, C. J. Soil and water ecosystem services of agroforestry. Journal of Soil and Water Conservation, v. 77, n. 1, p. 5A-11A, 2022. https://doi.org/10.2489/jswc.2022.1028A

Vergni, L.; Tosi, G.; Bertuzzi, J.; Rossi, G.; Farneselli, M.; Tosti, G.; Tei, F.; Agnelli, A.; Todisco, F. Using Beerkan procedure to estimate hydraulic soil properties under long term agroecosystems experiments. Applied Sciences, v. 14, n. 9, 3817, 2024. https://doi.org/10.3390/app14093817

Wang, D.; Chen, J.; Tang, Z.; Zhang, Y. Effects of soil physical properties on soil infiltration in forest ecosystems of Southeast China. Forests, v. 15, 1470, 2024. https://doi.org/10.3390/f15081470

Warrick, A. W.; Nielsen, D. R. Spatial variability of soil physical properties in the field. In: Hillel, D. (Ed.). Applications of soil physics. New York: Academic Press, 1980.

Weid, J. M. Von, D. Alimentando o Mundo no século XXI. Revista Agriculturas, v. 9, n. 1, p. 8-11, 2012.

Yilmaz, D.; Lassabatere, L.; Angulo-Jaramillo, R.; Deneele, D.; Legret, M. Hydrodynamic characterization of basic oxygen furnace slag by means of an adapted BEST method. Vadose Zone Journal, v. 9, n. 1, p. 107-116, 2010. https://doi.org/10.2136/vzj2009.0039


 

ISSN 2359-1412