Mathematical modeling of soil and water losses in Oxisol under management systems

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i16.23570

Keywords:

Water erosion; Models; Optimization.

Abstract

The objective of this work was to mathematically model the losses of water and soil in a Oxisol with different management systems, through the physical attributes of soil and vegetation cover. The experimental area was located in the municipality of Santa Tereza do Oeste – PR, in a soybean field. The treatments consisted of three management systems: traditional no-tillage system, plastered no-tillage system, no-tillage system with scarification and twelve treatments of no-tillage system with cover species in intercropping or not, called “recoverers” of soil structure. Data on water and soil losses were collected at each precipitation in the collector gutters installed in each treatment throughout the soybean cycle. The design was completely randomized. The Statistica software was used to adjust the curve of water and soil losses and submodels were generated to estimate straw and green cover values along the soybean cycle. In general, the highest losses are related to higher density and lower soil macroporosity, while the relationship between straw dry mass and green cover was inversely proportional. The use of part-defined function to mathematically model was adequate to estimate green cover values along the soybean cycle.

References

Adviento-Borbe, M. A. A., Barnes, B. D., Iseyemi, O., Mann, A. M., Reba, M. L., Robertson, W. J., ... & Teague, T. G. (2018). Water quality of surface runoff and lint yield in cotton under furrow irrigation in Northeast Arkansas. Science of the Total Environment, 613, 81-87.

Almeida, W. S. D., Carvalho, D. F. D., Panachuki, E., Valim, W. C., Rodrigues, S. A., & Varella, C. A. A. (2016). Erosão hídrica em diferentes sistemas de cultivo e níveis de cobertura do solo. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 51, 1110-1119.

Bertol, I., Ramos, R. R., Barbosa, F. T., González, A. P., Ramos, J. C., & Bandeira, D. H. (2013). Water erosion in no-tillage monoculture and intercropped systems along contour lines. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 37, 521-528.

Bertol, I., Barbosa, F. T., Mafra, Á. L., & Flores, M. C. (2014). Soil water erosion under different cultivation systems and different fertilization rates and forms over 10 years. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 38(6), 521-528.

Cândido, B. M., Silva, M. L. N., Curi, N., & Batista, P. V. G. (2014). Erosão hídrica pós-plantio em florestas de eucalipto na bacia do rio Paraná, no leste do Mato Grosso do Sul. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 38, 1565-1575.

Canopeo APP. (2018). Canopeo Web. Retrieved November 29, 2021, from http://canopeoapp.com

Carvalho, D. F. D., Eduardo, E. N., Almeida, W. S. D., Santos, L. A., & Alves, T. (2015). Water erosion and soil water infiltration in different stages of corn development and tillage systems. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 19, 1072-1078.

Claessen, M. E. C. (1997). Manual de métodos de análise de solo. Embrapa Solos-Documentos (INFOTECA-E).

Corsato, L. G., Quiessi, J. A., Kanno, O. Y., Penteado, R. B., Arabori, R. M., Belorte, L. C. C., & Lima, M. E. D. (2016). Diagnóstico e reabilitação agroambiental de trecho de bacia hidrográfica por sensoriamento remoto e turbidez da água. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 51, 1099-1109.

Dechen, S. C. F., Telles, T. S., Guimarães, M. D. F., & Maria, I. C. D. (2015). Perdas e custos associados à erosão hídrica em função de taxas de cobertura do solo. Bragantia, 74, 224-233.

Dias, C. Simplificação do Plantio Direto reduz eficiência da lavoura. Retrieved November 29, 2021, from https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/1909275/simplificacao-do-plantio-direto-reduz-eficiencia-da-lavoura

Didoné, E. J., Minella, J. P. G., & Evrard, O. (2017). Measuring and modelling soil erosion and sediment yields in a large cultivated catchment under no-till of Southern Brazil. Soil and Tillage Research, 174, 24-33.

Drescher, M. S., Reinert, D. J., Denardin, J. E., Gubiani, P. I., Faganello, A., Silva, B. R. D., & Zardin, M. C. (2017). Fertilizer shanks to promote soil decompaction in the seeding operation. Ciência Rural, 47(2), 1-8.

Eduardo, E. N., Carvalho, D. F. D., Machado, R. L., Soares, P. F. C., & Almeida, W. S. D. (2013). Erodibilidade, fatores cobertura e manejo e práticas conservacionistas em Argissolo Vermelho-Amarelo, sob condições de chuva natural. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 37, 796-803.

EMBRAPA. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. Sistema brasileiro de classificação de solos. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. Brasília/DF: EMBRAPA CNPS, 2018. 5ª Ed. 532p.

Gao, X., Xie, Y., Liu, G., Liu, B., & Duan, X. (2015). Effects of soil erosion on soybean yield as estimated by simulating gradually eroded soil profiles. Soil and Tillage Research, 145, 126-134.

Gubiani, P. I., Lier, Q. D. J. V., Drescher, M. S., Mezzomo, H. C., & Veiga, C. M. C. (2015). Relação entre densidade do solo e conteúdo de água em repetidos ciclos de contração e expansão em um Latossolo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 39, 100-108.

Gvozdenovich, J. J., Pérez Bidegain, M., Novelli, L. E., & Barbagelata, P. A. (2017). ¿ Puede WEPP mejorar la predicción de la erosión de suelos respecto a USLE?. Ciencia del suelo, 35(2), 259-272.

Keesstra, S., Pereira, P., Novara, A., Brevik, E. C., Azorin-Molina, C., Parras-Alcántara, L., ... & Cerdà, A. (2016). Effects of soil management techniques on soil water erosion in apricot orchards. Science of the Total Environment, 551, 357-366.

Mazurana, M., Levien, R., Inda, A. V., Conte, O., Bressani, L. A., & Müller, J. (2017). Soil susceptibility to compaction under use conditions in southern Brazil. Ciência e Agrotecnologia, 41, 60-71.

Mello, C. R. D., Norton, L. D., Pinto, L. C., Beskow, S., & Curi, N. (2016). Agricultural watershed modeling: a review for hydrology and soil erosion processes. Ciência e Agrotecnologia, 40, 7-25.

Miguel, P., Dalmolin, R. S. D., Pedron, F. D. A., Moura-Bueno, J. M., & Tiecher, T. (2014). Identificação de fontes de produção de sedimentos em uma bacia hidrográfica de encosta. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 38, 585-598.

Nascimento, V. D., Arf, O., Tarsitano, M. A. A., Garcia, N. F. S., Penteado, M. D. S., & Sabundjian, M. T. (2016). Economic analysis of rice and common bean production in succession to green manure crops and mecahnical soil decompression in Brazilian Savannah 1. Revista Ceres, 63, 315-322.

Oliveira, L. C. D., Bertol, I., Barbosa, F. T., Campos, M. L., & Mecabô, J. (2015). Perdas de solo, água e nutrientes por erosão hídrica em uma estrada florestal na Serra Catarinense. Ciência Florestal, 25, 655-665.

Oliveira, D., Lima, R. P. D., & Verburg, E. E. J. (2015). Qualidade física do solo sob diferentes sistemas de manejo e aplicação de dejeto líquido suíno. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 19, 280-285.

Olivetti, D., Mincato, R. L., Ayer, J. E. B., Silva, M. L. N., & Curi, N. (2015). Spatial and temporal modeling of water erosion in dystrophic red latosol (oxisol) used for farming and cattle raising activities in a sub-basin in the South of Minas Gerais. Ciência e Agrotecnologia, 39, 58-67.

Ouyang, W., Wu, Y., Hao, Z., Zhang, Q., Bu, Q., & Gao, X. (2018). Combined impacts of land use and soil property changes on soil erosion in a mollisol area under long-term agricultural development. Science of the total environment, 613, 798-809.

Pandey, A., Himanshu, S. K., Mishra, S. K., & Singh, V. P. (2016). Physically based soil erosion and sediment yield models revisited. Catena, 147, 595-620.

Pereira, A. S., Shitsuka, D. M., Parreira, F. J., & Shitsuka, R. (2018). Metodologia da pesquisa científica. [free e-book]. Santa Maria/RS. Ed. UAB/NTE/UFSM.

Prosdocimi, M., Jordán, A., Tarolli, P., Keesstra, S., Novara, A., & Cerdà, A. (2016). The immediate effectiveness of barley straw mulch in reducing soil erodibility and surface runoff generation in Mediterranean vineyards. Science of the Total Environment, 547, 323-330.

Ramos, J. C., Bertol, I., Barbosa, F. T., Marioti, J., & Werner, R. D. S. (2014). Influência das condições de superfície e do cultivo do solo na erosão hídrica em um Cambissolo Húmico. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 38, 1587-1600.

Rodrigues, V. A., Sánchez-Román, R. M., Tarjuelo, J. M., Sartori, M. M. P., & Canales, A. R. (2015). Avaliação do escoamento e interceptação da água das chuvas. Irriga, 1(1), 01-13.

Silva, A. A., & Castro, S. S. D. (2015). Indicadores macro e micromorfológicos da qualidade física de um Latossolo Vermelho cultivado com cana-de-açúcar. Mercator (Fortaleza), 14, 169-185.

Statsoft, INC. (2011). Statistica (data analysis software system), version 10.

R Core Team. (2015). R: A language and environment for statistical computing [Internet]. Vienna, Austria: R Foundation for Statistical Computing.

Ramos, J. C., Bertol, I., Barbosa, F. T., Marioti, J., & Werner, R. D. S. (2014). Influência das condições de superfície e do cultivo do solo na erosão hídrica em um Cambissolo Húmico. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 38, 1587-1600.

Vanwalleghem, T., Gómez, J. A., Amate, J. I., de Molina, M. G., Vanderlinden, K., Guzmán, G., ... & Giráldez, J. V. (2017). Impact of historical land use and soil management change on soil erosion and agricultural sustainability during the Anthropocene. Anthropocene, 17, 13-29.

Volk, L. B. D. S., & Cogo, N. P. (2014). Erosão hídrica, em três momentos da cultura do milho, influenciada por métodos de preparo do solo e semeadura. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 38, 565-574.

Published

11/12/2021

How to Cite

CHANG, P.; SECCO, D.; MARINS, A. C. de .; RIZZI , R. L.; TOKURA, L. K. Mathematical modeling of soil and water losses in Oxisol under management systems . Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 16, p. e20510623570, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i16.23570. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/23570. Acesso em: 23 apr. 2024.

Issue

Section

Agrarian and Biological Sciences