INTRODUÇÃO
A integração lavoura-pecuária-floresta é um sistema de produção que tem por finalidade intensificar o uso do solo com o mínimo de impacto às funções ecossistêmicas (Valani et al. 2020), através da integração entre os componentes agrícola, pecuário e florestal por meio da rotação, consórcio ou sucessão dentro de uma mesma área de produção, em sinergia (Balbino et al. 2011). É uma estratégia de produção mais vantajosa que a agropecuária convencional, pois apresenta menor custo de produção, maior produtividade e menor risco sistemático devido a diversificada fonte de renda (Kichel et al. 2014). Esses sistemas podem fornecer soluções adaptáveis aos desafios de sustentabilidade da agricultura no século XXI, que incluem o fornecimento de alimentos e fibras para uma crescente população global cada vez mais dependente de recursos não renováveis (Faust et al. 2017). No Brasil, atualmente, existem 11,4 milhões de hectares ocupados com sistemas integrados de produção agropecuária (Rede ILPF, 2019).
Estudos recentes têm evidenciado o potencial dos sistemas integrados de produção agropecuária na melhoria da qualidade física, química e biológica do solo (Bonetti et al. 2018; Souza et al. 2019; Suárez et al. 2021). Dentre os benefícios, destaca-se o potencial na recuperação de pastagens degradadas e manutenção da matéria orgânica do solo (Loss et al. 2012), melhoria na formação e estabilidade de agregados do solo (Souza et al. 2019), aumento da água disponível às plantas (Pezarico et al. 2013), melhora a capacidade de troca catiônica do solo (Cogo et al. 2013), elevação da atividade enzimática do solo (Zago et al. 2020), aumento da porosidade total do solo (Simioni et al. 2016), além de possibilitar o aumento de produtividade das culturas com redução de custos (Conceição et al. 2014).
Em ambiente semiárido os sistemas integrados de produção agropecuária têm sido projetados como forma de lidar com as adversidades agroclimáticas das savanas tropicais, ao mesmo tempo que ameniza os efeitos da erosão dos solos e disponibiliza água e nutrientes para as plantas ao longo dos ciclos produtivos (Atangana et al. 2014). No entanto, diante da complexidade que esses sistemas apresentam (Moraes et al. 2014; Sánchez-Romero et al. 2021), é imprescindível conhecer o efeito que a integração entre plantas, animais e espécies florestais promovem às funções ecossistêmicas do solo no médio e longo prazo nas classes de solo que predominam no semiárido. Existem diferentes modalidades de integração com potencial adoção no semiárido brasileiro: integração lavoura-pecuária (iLP), pecuária-floresta (iPF), lavoura-floresta (iLF) e a integração lavoura-pecuária-floresta (iLPF), que se distinguem quanto a complexidade e possivelmente quanto a capacidade de melhoria de qualidade do solo.
As propriedades físicas são boas indicadores de qualidade do solo e podem ser utilizadas na distinção do sistema de integração que expressa melhor eficiência sobre a melhoria de qualidade do solo em ambiente semiárido, no curto, médio e longo prazo. Dentre esses indicadores os mais utilizados são a curva de retenção de água no solo, o índice S e água disponível as plantas (Andrade et al. 2013). Magalhães et al. (2018), estudando a curva de retenção de água e o índice S em um solo sob sistemas integrados de produção agropecuária, observaram que a densidade e disposição das árvores influenciaram as propriedades físicas do solo.
Nesse sentido, a hipótese de que a melhoria da qualidade físico-hídrica do solo em ambiente semiárido é influenciada de acordo com a modalidade de sistema integrado de produção agropecuária adotado. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento físico-hídrico de um Planossolo Háplico quatro anos após a implantação de sistemas de integração lavoura-pecuária-floresta no semiárido da Brasileiro.
MATERIAL E MÉTODOS
Caracterização da área experimental
O experimento foi implantado em julho de 2015 em área experimental da Empresa Paraibana de Pesquisa, Extensão Rural e Regularização Fundiária (EMPAER), no município de Alagoinha, no estado da Paraíba, Brasil (06° 57’ 00” S e 35° 32’ 42” W; 317 m alt.). O clima do município é caracterizado como As’, tropical quente e úmido, segundo a classificação climática de Köppen-Geiger (Peel et al. 2007), com período chuvoso entre os meses de março e agosto. A precipitação média anual é de 995 mm, com temperatura variando de 22 a 26 °C e umidade relativa do ar de 65%. O solo da área experimental foi classificado como Planossolo Háplico Eutrófico mésico solódico com horizonte A moderado, de classificação textural franco-arenosa (Santos et al. 2018).
Realizou-se a caracterização física e química do solo da área antes da implantação do experimento até a profundidade de 20 cm, e o resultado obtido foi: 1) Física: 684, 159, 157, e 45 e 674 g kg-1 de areia, silte, argila, argila dispersa em água e grau de floculação, respectivamente; densidade do solo = 1,55 g cm-3 e de partículas = 2,61 g cm-3; porosidade total = 0,40 m3 m-3; 2) Química e fertilidade: pH (H2O 1:2,5) = 5,44; P = 4,53 mg dm-3 ; K = 135,84 mg dm-3 ; 0,03; 6,14; 0,22; 2,47; 1,26; 4,11 e 10,22 cmolc dm-3 de Na+, H++Al+3, Ca+2, Mg+2, SB e CTC, respectivamente e, 10,83 g kg-1 de carbono orgânico total.
Antes da implantação do experimento, a área encontrava-se cultivada com Urocloa decumbens sob pastejo extensivo com bovinos das raças Sindi e Guzerá. No mês de setembro de 2015 implantou-se o componente arbóreo com espécies florestais Gliricidia sepium (Gliricídia), Mimosa caesalpiniaefolia (Sabiá) e Handroanthus impetiginosus(Ipê roxo), com espaçamento de 2x3 m, totalizando seis renques, três em cada extremidade da parcela. O componente agrícola foi realizado da seguinte ordem cronológica: safra 15/16: cultivado milho + Urochloa decumbens; na safra 16/17: Soja + sorgo; na safra 17/18: algodão + feijão caupi e na safra 18/19: Gergelim + sorgo + amendoim. Em janeiro de 2019 foram inseridas 30 unidades animal (UA) da raça Sindi na área experimental, que pastejaram por 35 dias. Logo após a retirada dos animais, procedeu-se a amostragem de solo.
Delineamento experimental, coleta e preparo de amostras
O delineamento experimental adotado foi em blocos casualizados, com cinco sistemas e quatro repetições (5 x 4), totalizando 20 parcelas experimentais, cada parcela com dimensões de 38 x 20 m, totalizando 760 m2. Os tratamentos avaliados foram compostos pelos seguintes sistemas: iPF1) Urochloa decumbens Stapf. + Ipê roxo (Tabebuia impetiginosa); iPF2) Urochloa decumbens Stapf. + Gliricídia (Gliricidia sepium); iPF3) Urochloa decumbens Stapf. + Sabiá (Mimosa caesalpiniifolia); iLP) Urochloa decumbens Stapf. + milho (Zea mays) e Pastagem - Urochloa decumbens Stapf., este último foi utilizado como tratamento referência.
Nas parcelas experimentais com componente arbóreo, as amostras foram coletadas sob o renque das espécies florestais, sendo dois pontos amostrais por extremidade, com distância de 10 metros sob e 20 metros entre renques. Nas parcelas sem o componente arbóreo, as amostras foram coletadas em pontos amostrais pré-definidos, com uma grade amostral de 10 m entre os pontos.
Foram coletadas amostras de solo com estrutura preservada em anéis metálicos do tipo Uhland com volume de 102,09 cm3. Foram duas camadas de solo avaliadas (0-10 e 10-20 cm). Após as coletas, as amostras de solo foram encaminhadas ao Laboratório de Análises Físicas de Solo da Universidade Federal da Paraíba (UFPB) para a realização de análises.
Indicadores de qualidade do solo analisados
Densidade do solo (ρs), densidade máxima do solo (ρMAX), grau de compactação (GC), condutividade hidráulica saturada (Kθ), curva de retenção de água no solo (CRA), índice S, potencial matricial no ponto de inflexão (Ψi), umidade do solo no ponto de inflexão (θINFL), capacidade de campo (θCC), ponto de murcha permanente (θPMP), água disponível (θAD) e água prontamente disponível às plantas (θAPD), umidade do solo em que a porosidade de aeração é 10% (θar), capacidade de campo relativa (CCr).
Densidade do solo e grau de compactação
A densidade do solo (ρs) foi determinada nas amostras de solo com estrutura indeformada conforme Blake & Hartge (1986), através da relação entre a massa do solo seco e o volume da amostra. A densidade máxima do solo (ρMAX) foi determinada utilizando uma função de pedotransferência (FTP) proposta por Marcolin & Klein (2011), conforme apresentado na equação 1:
onde, ρMAX é a densidade máxima do solo (g cm-3); MOS é o teor de matéria orgânica do solo (g kg-1) e Argila (g kg-1).
Com os dados de densidade do solo e densidade máxima determinou-se o grau de compactação do solo (Equação 2).
onde ρ é a densidade do solo (adimensional); ρMAX é a densidade máxima do solo (g cm-3); GC é o grau de compactação do solo (%).
Condutividade hidráulica saturada
A condutividade hidráulica saturada (Kθ) foi determinada de acordo com Teixeira et al. (2017). Adotou-se as amostras anteriormente utilizadas na determinação da curva de retenção de água no solo, com volume conhecido de 102,09 cm3. As amostras foram saturadas e após 48 horas foram introduzidas em permeâmetro de carga constante até atingir o equilíbrio na taxa de percolação de água. O cálculo da condutividade foi realizado utilizando a equação 3:
Curva de retenção de água no solo (CRA), índice S e água disponível
Para a determinação da curva de retenção de água no solo (CRA), as amostras com estrutura preservada (102,09 cm3) foram saturadas por capilaridade durante 72 horas e, em seguida, submetidas aos potenciais matriciais (Ψm) -60hPa em mesa de tensão; -100, -330, -1000, -3000, -5000, -1000o e -15000hPaem câmara de Richards com placas porosas (Klute, 1965). Em seguida os dados de umidade do solo foram ajustados de acordo com os procedimentos sugeridos por van Genuchten (1980), usando o programa SWRC (Dourado Neto et al. 2000), para determinação dos coeficientes utilizados na equação 4.
onde, θ é teor de água (m3 m-3) correspondente ao respectivo (Ψm) após o equilíbrio; θs é o teor de água determinado na saturação (m3 m-3); θr é a umidade residual do solo (m3 m-3); n, m e α são parâmetros empíricos da curva de retenção, com α expresso em kPa-1;m é a restrição (m= 1-1/n) (Mualem, 1976).
O índice S foi determinado conforme descrito por Dexter (2004), utilizando a equação 5.
onde, S é o valor de inclinação da CRA no ponto de inflexão.
Conforme proposto por Dexter (2004), os valores foram apresentados em módulo, de forma a facilitar a discussão e compreensão dos resultados (adimensional). O potencial matricial no ponto de inflexão (Ψi) e a umidade no ponto de inflexão (θINFL), foram determinados utilizando as Equações 6 e 7 (Dexter & Bird, 2001):
onde, Ψi é o potencial matricial no ponto de inflexão (kPa) e θINFL é a umidade do solo no ponto de inflexão (m3 m-3).
A água prontamente disponível às plantas (θAPD; m3 m-3), foi determinada através da relação entre [(Ψm -60) -(-1000hPa)] (Barbosa et al. 2014). A capacidade de campo (θCC; m3 m-3), o ponto de murcha permanente (θPMP; m3 m-3) e a água disponível (θAD; m3 m-3), foram determinados conforme proposto por Richards (1947). Por ser um solo arenoso, utilizou-se o potencial matricial de Ψm = -100hPa para a θCC e -15000 hPa para o θPMP. A θAD foi obtida através da relação entre a (θCC - θPMP) (Richards & Weaver, 1943). A umidade do solo em que a porosidade de aeração é 10% (θar) foi determinada de acordo como descrito por Silva et al. (1994), utilizando a equação 8:
onde θar umidade do solo em que a porosidade de aeração é 10% (m3 m-3); ρSé a densidade do solo (g cm-3); ρ é a densidade de partículas (g cm-3).
A capacidade de campo relativa (CCr) foi determinada conforme descrito por Reynolds et al. (2007), utilizando e equação 9.
onde CCr é a capacidade de campo relativa (adimensional); θCC é a capacidade de campo correspondente ao potencial de -10 kPa (m3 m-3); θS é a umidade do solo saturado (m3 m-3).
Análise estatística
Os valores médios dos atributos físicos do solo correspondentes aos diferentes sistemas foram analisados por meio da análise de variância, e pelo teste de Tukey (p<0,05), utilizando o software R (R Development Core Team, 2013). As camadas foram analisadas separadamente, de forma a evitar equívocos na interpretação dos resultados, pois entende-se que o efeito de um sistema de manejo sobre o solo na camada superficial é mais dinâmico do que em subsuperfície.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 1 encontram-se apresentados os valores médios de densidade do solo (ρs), densidade máxima (ρMAX), densidade relativa(ρR), grau de compactação (GC) e condutividade hidráulica saturada (Kθ). Observa-se que não houve diferença significativa entre os sistemas avaliados, contudo, constatou-se um aumento na densidade do solo em profundidade, com destaque para o iLP, onde o incremento foi de 0,08 g cm-3entre as camadas de 0-10 e 10-20 cm. Nos sistemas iPF1 e iPF3, também houve incremento de densidade em subsuperfície, contudo em menor intensidade. Os indicadores ρMAX e ρR mantiveram tendência estável nas camadas de solo avaliadas, com variação de 1,79 a 1,84 g cm-3 para ρMAX e 0,72 a 0,74 para a ρR.
Enfatiza-se que a ρs ficou abaixo do limite crítico em todos os sistemas avaliados, que segundo Reynolds et al. (2007) é de 1,40 a 1,60 g cm-3 para solos de textura média. A ρMAX do solo não diferiu entre os sistemas, contudo no iPF2 obteve-se média de 1,84 g cm-3 na camada 10-20 cm, sendo, portanto, a mais restritiva. Para Braida et al. (2006), valores não significativos de ρ MAX podem estar relacionados ao baixo teor de matéria orgânica do solo e argila. O resultado da ρ MAX refletiu no grau de compactação do solo, contudo, sem diferença significativa entre os sistemas avaliados (Tabela 1).
A Kθ variou de moderada a lenta entre os sistemas, conforme classificação apresentada pelo SoilSurvey (1993). Maior amplitude foi verificada no tratamento iPF1 (Tabela 1), com 12,01 cm h-1 de diferença entre a camada de 10-20 cm, sendo maior que a Kθ da pastagem. Apesar de não diferir dos demais, o resultado do iPF1 demonstra tendência de melhoria da Kθ, provavelmente influenciada pelo aumento da macroporosidade. Resultado semelhante foi verificado por Salles et al. (2018), avaliando atributos físicos do solo sob sistemas integrados de produção agropecuária. Para os autores, a redução da Kθ em subsuperfície está relacionada ao aumento de densidade do solo e redução da macro e bioporosidade do solo.
As CRA referentes as camadas de 0-10 e 10-20 cm são apresentadas na Figura 1(A e B) e os parâmetros de ajuste na Tabela 2. As CRA correspondentes aos sistemas iPF1, PF3 e iLP na camada de 0-10 cm apresentaram o mesmo comportamento entre -100 e -1500 kPa, com valores de θs variando de entre 0,440 a 0,449 m3 m-3 (Figura 1A).
O mesmo comportamento foi verificado por Portela et al. (2001), avaliando a retenção de água no solo no ecossistema dos tabuleiros costeiros do Nordeste Brasileiro. Segundo os autores, esse comportamento está relacionado ao predomínio de microporos nesse solo, que reflete na maior capacidade de retenção de água. Silva et al. (2019), avaliando a qualidade física do solo da mesma área de estudo confirmaram o predomínio de microporos nos diferentes sistemas avaliados, que segundo ele, deve-se a baixa qualidade estrutural apresentada pelo Planossolo em questão.
A acentuada inclinação das curvas (Figura 1A e B), indica um decréscimo abrupto no
conteúdo de água no solo para os sistemas iPF1, iPF2, iPF3 e iLP. Esse decréscimo geralmente ocorre em solos que apresentam duas classes de poros bem definidas, macroporos que perdem água facilmente em baixas tensões e microporos, que retém água em altas tensões (Carducciet al., 2013; Silva et al., 2017).
Na camada de10-20 cm, observa-se que as curvas apresentaram comportamento distinto em relação as curvas da camada de 10-20 cm, principalmente para os tratamentos iPF1, pastagem e iLP, entre os potenciais -100 e -1000 hPa. Nos sistemas iPF2 e iPF3 verifica-se uma queda acentuada na umidade do solo com redução do potencial matricial (Figura 1B). Esse comportamento decorre das características do solo que influenciam a CRA, como estrutura e textura (Mota et al., 2017). Nesse sentido, verifica-se que os sistemas de integração ainda não modificaram a estrutura do solo, de forma a elevar o teor de água disponível às plantas.
Os parâmetros de ajuste das CRA não diferiram entre os sistemas avaliados (Tabela 2), e o θr ficou abaixo de 0,100 m3 m-3. Esse resultado atenta para a reduzida capacidade de retenção de água no Planossolo independente do sistema de integração avaliado. Para Fidalski et al. (2013), valores baixos de θr estão relacionados a granulometria do solo, principalmente se neste houver predomínio de areia grossa. A maioria dos valores de n foram >1,30, destacando-se o sistema iPF2 com 2,93 na camada de 010 cm e 2,60 para o iPF2 e iPF3 na camada de 10-20 cm.
Os valores de potencial matricial e umidade no ponto de inflexão encontram-se na Tabela 3. O Ψi não foi influenciado pelos diferentes sistemas de integração e a pastagem. Esse resultado indica que a energia relacionada à capacidade de retenção de água no solo sob esses sistemas é praticamente igual entre -60 e -1000 hPa. Valores encontrados nesse estudo corroboram com valores obtidos por Barbosa et al. (2014), avaliando a utilização de Zeólitas na atenuação do déficit hídrico em Latossolo do bioma Cerrado. Para os autores, valores elevados de Ψi condicionam perdas muito menores de água drenável pelo solo. De maneira geral a média do Ψi na camada de 10-20 cm (-82,63 hPa) foi superior que o Ψi da camada 0-10 cm (-79,61 hPa), bem abaixo da capacidade de campo. Isso significa que a retenção de água na camada de 10-20 cm deve estar sendo influenciada pelo acentuado acréscimo no teor de argila e pelo predomínio de microporos nessa camada (Silva et al., 2019)
Para a θINFL, verifica-se que os valores médios foram superiores a 0,200 m3 m-3, nos sistemas avaliados, em ambas profundidades (Tabela 3). Esse resultado demonstra haver um equilíbrio no teor de água entre os poros estruturais (drenáveis em baixa tensão) e os texturais (drenáveis em altas tensões). Para Carducci et al. (2015), a θINFLe o Ψi representam o limite de separação entre os macroporos e os poros de demais tamanho.
A θAPD não diferiu entre os sistemas (p<0,05), variando de 0,199 a 0,233 m3 m-3 na camada de 0-10 cm e de 0,185 a 0,245 m3 m-3 na camada de 10-20 cm (Tabela 3). Enfatiza-se, então, que a θAPDna camada de 0-10 cm pode ser mais facilmente aproveitada pelas plantas que a θAPD da camada de 10-20 cm.
Em relação ao índice S, verifica-se que não houve diferença significativa entre os sistemas, contudo houve uma melhor expressividade no iLP (S= 0,221). A associação entre duas poáceas (milho e Urochloa decumbens) no iLP podem estar contribuindo para a melhoria da qualidade estrutural do solo em função do aporte de carbono. As gramíneas apresentam relação C:N maior que as leguminosas e se decompõem mais lentamente e podem auxiliar na melhoria da qualidade estrutural do solo (Tabela 3). Todos os valores de S ficaram acima do limite crítico S> 0,020 (Dexter, 2004). Os valores médios variaram de 0,107 a 0,215 na profundidade 0-10 cm e de 0,078 a 0,188 na profundidade de 10-20 cm. Valores semelhantes foram encontrados por Nascimento et al. (2019), em Latossolo e Cambissolo sob sistemas integrados de produção agropecuária.
Houve redução nos valores de S em profundidade, fato este que está diretamente relacionado ao aumento de ρ s e redução na macroporosidade do solo. Maia (2011) avaliando a qualidade do solo através do índice S encontrou valores médios variando de 0,167 a 0,652; segundo o autor, valores elevados de S estão relacionados a fatores como: a unidade utilizada para o cálculo de umidade do solo, ao nível de restrição utilizado no ajuste das curvas de retenção e aos valores de densidade do solo.
A θCC, o θPMP a θAD a θar e a CCr não diferiram entre os sistemas avaliados (p<0,05) (Tabela 3). A θAD está dentro da faixa considerada como limitante, que corresponde a 0,100 <θAD ≤ 0,150 m3 m-3 (Reynolds et al., 2007). Valores baixos de θAD podem ocasionar retardo no desenvolvimento das plantas por não as satisfazer com o suprimento adequado de água. A θar variou de 0,360 a 0,400 m3 m-3, contudo sem diferença entre os sistemas avaliados. A θar foi superior a θcc em todos os sistemas, indicando que nesse solo não há espaços porosos suficientes para prover a oxigenação e uma melhor difusão de gases.
A CCr não diferiu entre os tratamentos avaliados (Tabela 4) e todos os valores médios ficaram abaixo de 0,6. Nesse sentido, presume-se que o solo está sob estresse hídrico/falta de água por ocasião do volume de poros ocupados por ar. Para Olness et al. (1998), a CCr é considerada adequada quando os valores estão dentro da faixa 0,6 <CCr ≤ 0,7. Independente do tratamento e camada de solo avaliada, no presente estudo observou-se que o Planossolo apresenta limitações físicas relacionadas à água no solo. Problemas esses que podem ser confirmados através do comportamento apresentado pelas curvas de retenção de água no solo e pela baixa disponibilidade de água às plantas.
Os valores observados nesses estudos foram inferiores aos obtidos por Nascimento et al. (2019), em Latossolo de textura franco-arenosa. Segundo os autores, valores baixos de CCr podem estar relacionados ao baixo conteúdo de matéria orgânica do solo. Mesmo estando sob sistemas conservacionistas de produção agropecuária, o presente estudo evidencia restrições físicas intrínsecas dos Planossolos (Souza et al., 2013).
CONCLUSÕES
A integração Lavoura-Pecuária-Floresta, após o período de quatro anos, ainda não promoveu melhoria física significativa dos atributos do Planossolo em estudo, porém, atributo como o índice S, apresentou valores dentro de uma faixa satisfatória.
Em relação a condição antecedente a implantação dos sistemas, verifica-se uma alteração positiva na estrutura, refletindo na redução da densidade do solo e aumento da porosidade total.
A umidade do solo na qual a porosidade é 10% e capacidade de campo relativa demonstram que o solo apresenta algumas limitações físicas como baixa capacidade de aeração, armazenamento e disponibilidade de água para as plantas.