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Tese de Doutorado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Katarina Lira Grecco
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2019
Orientador
Banca examinadora
Miranda, Jarbas Honorio de (Presidente)
Duarte, Sergio Nascimento
Kamogawa, Marcos Yassuo
Souza, Claudinei Fonseca
Título em português
Efeito da composição físico-química e mineralógica de solos sobre a dinâmica dos íons nitrato, fósforo e potássio
Palavras-chave em português
Breakthrough curves
Dinâmica de solutos
Mineralogia
Modelagem computacional
Modelo Hydrus
Resumo em português
A adubação tem o intuito de fornecer nutrientes (solutos) às plantas em quantidades requeridas no momento adequado, visando obter produções agrícolas economicamente viáveis. Todavia, em alguns casos, o manejo da adubação não é feito de maneira correta, principalmente por se utilizar quantidades excessivas desses nutrientes. Juntando-se a esse fato, a água da irrigação e/ou da chuva, pode vir a ser um facilitador do escoamento superficial e da lixiviação através do perfil de solo, tornando-se, dessa forma, indisponível às plantas e, podem provocar a poluição de águas superficiais através da erosão hídrica e eutrofização, além da contaminação de águas subterrâneas e a acidificação de camadas do solo. Portanto, para evitar esses impactos ambientais, é necessário conhecer e entender a dinâmica de solutos no perfil de solo mediante a obtenção de informações que venham a caracterizar esses processos. Dentro dessas informações, tem-se a obtenção dos parâmetros de transporte de solutos. Tais parâmetros podem sofrer várias interferências do meio poroso, dentre elas a composição físico-química e mineralógica dos solos, a qual poderá determinar a capacidade de retenção ou dispersão desses íons. Dessa forma, o objetivo dessa pesquisa foi avaliar o efeito da composição físico-química e mineralógica de alguns tipos de solo sobre a dinâmica dos íons nitrato, fósforo e potássio, mediante a análise de seus parâmetros de transporte, obtidos pelo ajuste numérico das curvas de distribuição de efluentes (Breakthrough Curves, BTC) aplicando o código CFITIM dentro do software STANMOD (STudio of ANalytical MODels). Além disso, utilizando-se colunas com diferentes alturas (10 e 20 cm) e buscou-se recomendar qual altura de coluna possui acurácia sobre os parâmetros mediante simulações numéricas das BTC's pelo modelo HYDRUS-1D. A pesquisa foi conduzida junto ao Departamento de Engenharia de Biossistemas da Universidade de São Paulo (USP/ESALQ). Os tratamentos foram distribuídos em um esquema fatorial de 5 x 2, ou seja, cinco tipos de solo e duas alturas de colunas de solo para cada íon, individualmente. O delineamento experimental foi em blocos casualizados, com três blocos, totalizando 30 parcelas por soluto. Para a análise dos resultados, os parâmetros de transportes foram submetidos à análise de variância e a avaliação do desempenho do modelo pelos índices estatísticos: Raiz do Erro Quadrático Médio (RMSE), Erro Absoluto Médio (MAE) e o Coeficiente de Determinação (R2). Diante dos resultados obtidos, o solo PV foi diferente estatisticamente dos demais solos em todos os íons no coeficiente de dispersão. Diante das diferentes nas alturas das colunas, os solos PV, PVAe, NV e PVAd apresentaram diferenças significativas no fator de retardamento e os coeficientes de distribuição e dispersão nos íons nitrato e potássio. Sendo assim, recomendou-se a altura de 20 cm, pois os parâmetros determinados foram precisos em relação a 10 cm, pelo fato do modelo HYDRUS-1D ter alcançado um desempenho adequado nas simulações das BTC's nos solos arenosos e argilosos.
Título em inglês
Effect of physicochemical and mineralogical composition of soils on the dynamics of nitrate, phosphorus and potassium ions
Palavras-chave em inglês
Breakthrough curves
Computational modeling
Hydrus model
Mineralogy
Solutes dynamics
Resumo em inglês
Fertilizer is applied to provide nutrients (solutes) for plants in required quantities, and at the right time, to facilitate economically viable agricultural production. However, in some cases excessive quantities of fertilizers are applied. Such overapplication can result in runoff and ions leaching through the soil profile, where they are unavailable to plants, and can cause surface water pollution by water erosion and eutrophication, besides of groundwater contamination and soil acidification. To avoid these environmental impacts, it is necessary to characterize the transport parameters that govern the dynamic of solutes in soil profile. These parameters are influenced by porous media properties, such as mineralogical composition of soils, that regulate the retention or dispersion of ions. The objective of this study was to evaluate the effect of physicochemical and mineralogical composition of soils on transport parameters of nitrate, phosphorus, and potassium, estimated by using the CFITIM code inside of STANMOD (STudio of ANalytical MODels) software to fit BTC's. Besides that, using of columns with different heights (10 and 20 cm) and recommended the columns height with accuracy under transport parameters by numerical simulations of the BTC's using the HYDRUS-1D model. The research was conducted in the Department of Biosystems Engineering, University of São Paulo (USP/ESALQ). The treatments were a 5 x 2 factorial with five soils and two column heights for each individual solute. The experimental design was random blocks, with three blocks, totaling 30 plots for each solute. For analysis of results, the transport parameters were submitted a variance analysis and the evaluation of model performance by statistical indexes: Root Mean Square Error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE) and Determination Coefficient (R2). The dispersion coefficient for PV soil were significantly different from those for other soils, for all ions. In front of the different heights of the columns, PV, PVAe, NV and PVAd soils showed significant differences in retardation factor, and distribution and dispersion coefficients, for nitrate and potassium ions. The parameters obtained from 20 cm columns were accurate than those obtained from 10 cm height, based on adequate performance of HYDRUS-1D model in BTC's simulations of sandy and clay soils.
 
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Data de Publicação
2019-09-18
 
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