Drenagem - drenagem
DRENAGEM DE TERRAS AGRICOLAS Prof. Luiz A. Lima – ENG 158/UFLA
A drenagem é um processo de remoção do excesso de água dos solos de modo que lhes dê condições de aeração, estruturação e resistência. Sempre que a drenagem natural não for satisfatória, pode-se fazer, em complementação, drenagem artificial. Seu objetivo é retirar o excesso de água aplicada na irrigação ou proveniente das chuvas, isto é, controlar a elevação do lençol freático, bem como possibilitar a lixiviação dos sais trazidos nas águas de irrigação, evitando a salinização. Antes porém de proceder a drenagem de uma área, é preciso avaliar cuidadosamente seus impactos ambientais.
Os principais benefícios são: - incorporação de novas áreas à produção agrícola (principalmente nas regiões úmidas e semiumidas – como brejos e pântanos) para torná-los agricultáveis; - aumento da produtividade agrícola (melhor aeração, melhor atividade microbiana, melhor fixação de nitrogênio e fósforo, aumento da profundidade efetiva do sistema radicular); - controle da salinidade;
2. Efeitos do excesso de água sobre solo e plantas – Benefícios e Limitações da Drenagem
Para melhor entender os efeitos do excesso de água sobre solo e plantas, é preciso separar alguns mecanismos que participam dos processos envolvidos tais como: Aeração: O excesso de água reduz a percentagem de ar presente no solo e com isto o oxigênio. Este mecanismo afeta muito o desenvolvimento das raízes e sobrevivência de microorganismos que necessitam de oxigênio. Vários efeitos surgem e a principal conseqüência é deficiência de nitrogênio (as plantas ficam amareladas)
• Redução do processo de nitrificação (a mineralização da matéria orgânica é feita por microorganismos que a decompõem em aminoácidos, amônea, amoníaco e oxidam a nitrato)
• Redução da fixação de Nitrogênio por bactérias pois a água expulsa o ar que contém nitrogênio.
• Redução do NO3 a nitrito, óxido de nitrogênio ou nitrogênio gasoso que escapa do solo por difusão gasosa
• Parte do NO3 também é decomposta por microorganismos que o utilizam no lugar do oxigênio atmosférico expulso pela água.
Estrutura: O excesso de água reduz a resistência do solo à compressão pois a coesão entre partículas fica reduzida. Por isso, o tráfego de máquinas afeta intensamente, compactando o solo. Essas alterações trazem alguns impactos como:
• redução da permeabilidade do solo
Calor no solo: A temperatura altera a condutividade térmica do solo e a capacidade calorífica do solo que pode ser escrita, conforme literatura, como:
C = 0.46 FM + 0.60 FO + 1.0 FA
Onde FM é a fração mineral, FO a fração orgânica do solo e FA a fração água do solo. Observa-se que qualquer variação na fração líquida afeta muito mais a capacidade calorífica, ou seja quantas calorias devem ser adicionadas ou retiradas para reduzir ou aumentar em um grau Celsius a temperatura do solo. Isto explica, em parte, porque em solos mais úmidos é necessário mais calor para seu aquecimento.
Em relação à temperatura, um gráfico típico da variação da condutividade térmica versus umidade do solo é apresentado a seguir:
Kt argiloso
Como o fluxo de calor no solo é diretamente proporcional ao gradiente de temperatura e à condutividade térmica, solos mais úmidos tem maior dificuldade para condução de calor.
De modo geral, solos mal drenados demoram mais para serem aquecidos.
Doenças: O excesso de água favorece o desenvolvimento de agentes patogênicos e isto pode resultar em maior ocorrência de doenças ou mesmo pragas como mosquitos. Um exemplo típico de exceção à regra é o caso dos nematóides em que inundar o solo pode ser benéfico para redução da sua população.
Fisiologia: A deficiência de aeração pode alterar significativamente os aspectos fisiológicos das plantas. As principais conseqüências causadas pelo excesso de água são:
• curvatura e acamamento das plantas
• perda de geotropismo (crescimento radicular verticalmente para baixo)
• desenvolvimento acentuado de raízes adventícias
• surgimento de níveis tóxicos de alguns elementos do solo que sofrem redução química e provocam toxidez como ferro, cobalto, manganês, cobre, zinco e enxofre.
Salinidade: A má drenagem também pode contribuir para elevação do lençol freático que, com o acúmulo de fertilizantes aplicados ao longo do tempo, apresenta concentração de sais elevada. Este fato ocorre muito em solos rasos irrigados em excesso, e desprovidos de sistema de drenagem. A ascensão de uma frente salina pode atingir o sistema radicular das plantas e provocar toxidez generalizada, ou específica de alguns íons como sódio, boro e cloreto.
Este mecanismo dizimou a população da Mesopotâmia cerca de 2000 A.C., onde atualmente é o Iraque, entre os rios Tigris e Eufrates.
3. Porosidade drenável (µ)
Porosidade total (P) é o nome dado à porção do solo não ocupada por sólidos. Essa porção varia de 30 a 60% (0,3 a 0,6). É determinada por:
P = V – Vs / V em que, V = volume total Vs = volume de sólidos
Em geral solos arenosos são menos porosos, embora seus poros sejam maiores. A porosidde total exerce influência sobre a retenção de água no solo, aeração e enraizamento das plantas.
A porosidade drenável (µ), ou água drenável, representa os poros de um solo que não conseguem reter água contra a força da gravidade. Expressa a diferença entre a porosidade total e a porosidade preenchida com água mesmo após a drenagem.
µ = P – θd em que, µ = porosidade drenável; P = porosidade total; θd = umidade retida pelo solo após a drenagem Para se medir a porosidade drenável se torna necessário enviar amostra para o laboratório.
Valores típicos Solo argiloso compacto 001-0,02
Solo bem estruturado 0,04-0,08 Areia fina 0,15-0,20
Areia grossa 0,25-0,35
Muitos consideram θd como equivalente a umidade de capacidade de campo. Entretanto é preciso verificar como foi determinada a capacidade de campo bem como a profundidade a ser empregada para os drenos. A capacidade de campo poderá ser utilizada desde que sua determinação tenha sido sob um valor de pressão equivalente à profundidade a ser utilizada para os drenos.
Umidade na capacidade de campo θc = θ0,1 atm = θ1mca No cerrado: θc = θ0,06atm = θ0,6mca EUA : θc = θ0,33atm Solos brasileiros: θc = θ0,06atm e θ0,1atm Solos argilosos pesados: θc = 0,33atm = θ3,3mca
Em drenagem: θd = θ0,1atm (porque os drenos têm de 1,2 a 1,8 m) Se µ = 0,05 cm3.cm-3, significa que:
µ = 0,05 m3H2O . m-3solo = 50 L H2O . m-3solo µ = 0,1√K – esta equação está presente em muitas publicações, porém não é confiável, porque não se confirma.
4. Condutividade hidráulica (K)
A condutividade hidráulica (ou constante de proporcionalidade) de um solo saturado é o principal parâmetro que determina sua capacidade de drenagem. Ela é constante para cada tipo de solo, isto é, dependerá somente da textura e da estrutura do solo.
Sua determinação tem muita importância para o dimensionamento dos sistemas de drenagem.
Os métodos mais comuns para a sua determinação são: o método do permeâmetro de carga constante (método de laboratório) e o método de um poço na presença do lençol freático (método de campo).
O método do poço é um método simples, rápido e preciso, que estima a condutividade hidráulica do solo saturado, da faixa de solo entre o lençol freático e o fundo do poço.. Para executa-lo faz-se um furo com trado até abaixo do lençol. Após o equilíbrio entre a água do poço com o lençol freático, parte da água é removida. A água do solo, ao redor do poço, se movimentará para dentro do poço, elevando seu nível. A velocidade com que o nível da água subirá no poço está correlacionada com a condutividade hidráulica do solo ao redor do poço.