Contribution of macroporosity to water flux of a soil under different tillage systems

Abstract

In view of the importance of the macroporosity for the water transport properties of soils, its quantitative assessment is a challenging task. Measurements of hydraulic conductivity (K) at different soil water tensions and the quantification of water-conducting macropores (θM) of a soil under different tillage systems could help understand the effects on the soil porous system and related hydraulic properties. The purpose of this study was to assess the effects of Conventional Tillage (CT), Chisel Plow (CP) and No Tillage (NT) on θM and on K; and to quantify the contribution of macroporosity to total water flux in a loam soil. A tension disc infiltrometer was used at two soil water pressure heads (-5 cm, and 0) to infer θM and K, during fallow. Macroporosity was determined based on the flow contribution between 0 and -5 cm water potentials (K0, K5, respectively), according to the Hagen-Poiseuille equation. The K0 values were statistically higher for CT than for NT and CP. The K5 values did not differ statistically among treatments. The mean K values varied between 0.20 and 3.70 cm/h. For CT, θM was significantly greater than for CP and NT, following the same trend as K0. No differences in θM were detected between CP and NT. With CT, the formation of water-conducting macropores with persistence until post-harvest was possible, while under CP preparation, the water-conducting macropores were not persistent. These results support the idea that tillage affects the soil water movement mainly by the resulting water-conducting macropores. Future studies on tillage effects on water movement should focus on macroporosity.A importância da macroporosidade para o transporte de água no solo faz a sua avaliação de forma quantitativa uma tarefa desafiadora. Os valores da condutividade hidráulica (K) do solo em diferentes potenciais de retenção de água no solo e a quantificação de macroporos condutores de água (θM) em diferentes sistemas de preparo do solo proporcionarão melhor compreensão dos efeitos no arranjo de poros e nas propriedades físico-hídricas do solo. Dessa forma, o objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos de um preparo convencional do solo com arado de aivecas (CT), com subsolador (CP) e utilizando um sistema com plantio direto (NT) sobre os atributos θM e K, bem como quantificar a contribuição da macroporosidade para o fluxo total de água em um solo franco. Um infiltrômetro de tensão no solo foi utilizado para emitir duas pressões ascendentes de água (-5 cm e 0 cm) para inferir θM e K, durante o pousio. A macroporosidade foi determinada com base na contribuição do fluxo entre os potenciais de água de 0 e -5 cm (K0 e K5, respectivamente), de acordo com a equação de Hagen-Poiseuille. Os valores da K0 obtidos foram estatisticamente superiores no preparo CT, quando comparados aos valores do NT e do CP. Os valores da K5 não diferiram estatisticamente entre os tipos de preparo. Os valores médios da K variaram entre 0,20 e 3,70 cm/h. A quantificação de macroporos condutores de água (θM) foi significativamente superior para o preparo CT em relação aos preparos CP e NT, seguindo a mesma tendência da K0. Não foram detectadas diferenças significativas dos valores de θM entre os preparos CP e NT. Utilizando o preparo CT, foi possível a formação de macroporos condutores de água com persistência até a pós-colheita; já no preparo CP, os macroporos condutores de água não foram persistentes. Os resultados apresentados sustentam a hipótese de que o sistema de preparo do solo escolhido altera o movimento da água no solo, principalmente, devido à formação de macroporos condutores de água. Estudos futuros sobre o efeito do sistema de preparo relacionado ao movimento da água no solo devem-se concentrar nas condições de formação da macroporosidade do solo.