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DRENAGEM DE TERRAS AGRICOLAS Prof. Luiz A. Lima – ENG 158/UFLA

1. Introdução

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;

- recuperação de solos salinos e/ou alcalinos;

- saneamento de áreas inundadas.

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:

arenoso

Kt argiloso

Argiloso orgânico

Umidade

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.

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