Temperatura do solo (e análise Fourier), humidade do solo e desenvolvimento inicial de várias culturas em solos Pmg e Cb

Abstract

O sucesso do estabelecimento das culturas é em grande medida controlado pela temperatura e humidade do solo. A variação diária e anual da temperatura do solo é periódica, associada principalmente às variações da irradiância solar. Pretende-se estudar (a) o efeito combinado da água e da temperatura no estabelecimento de culturas representativas das condições agrometeorológicas dominantes em Portugal (ervilha, fava, tremocilha, grão, girassol, milho e sorgo) e (b) o comportamento térmico de dois solos (um solo Mediterrâneo Pardo Normal – Pmg, e um solo Barro Castanho-Avermelhado Não Calcário – Cb). O comportamento germinativo foi estudado a temperaturas constantes, numa placa de gradiente térmico; a emergência e a produção de folhas foram estudadas nos solos Pmg e Cb. A temperatura do solo foi medida a sete profundidades (entre a superficie e 32 cm) por termopares tipo-T; enquanto a humidade do solo foi avaliada pelo método gravimétrico. Na análise das diferentes fases que constituem o estabelecimento das culturas foi utilizado o conceito de tempo térmico (Monteith, 1977). As variações térmicas diária e anual a várias profundidades, foram simuladas através do desenvolvimento de séries de Fourier (Análise Harmónica). Cada fase de desenvolvimento incluída no estabelecimento das culturas (germinação, emergência e produção de folhas) pode ser analisada com base no conceito de um tempo térmico constante, se as condições hídricas do solo forem favoráveis. A emergência e a produção de folhas são afectadas por teores extremos de humidade, sobretudo se forem inferiores a cerca de 50% da Capacidade Utilizável do solo. O tipo de solo influencia mais a emergência das culturas que as fases subsequentes do estabelecimento (início da produção e expansão foliares e filocrão) e afecta a forma como o tempo térmico de emergência varia em função do teor de água no solo. Numa camada superficial mais ou menos extensa do solo, a variação térmica diária a uma dada profundidade é simulada satisfatoriamente pela sobreposição de duas harmónicas, enquanto a solução sinusoidal simples é suficiente para simular a variação térmica anual em regiões de clima com características mediterrâneas. O amortecimento da onda térmica nos solos Pmg e Cb, diária ou anual, pode ser quantificada através da profundidade de amortecimento pois as amplitude térmicas anuais e diárias decresceram exponencialmente em profundidade. A profundidade de amortecimento varia com o teor médio de água no solo e com a distribuição de humidade ao longo do perfil. Discute-se o sucesso do estabelecimento das culturas em função da variação dos parâmetros que definem a germinação e a emergência (dimensão, velocidade e dispersão), a influência da heterogeneidade do perfil do solo no amortecimento da onda térmica e a aplicabilidade da teoria de condução de calor em meios semi-infinitos homogéneos a solos reais. Discute-se ainda a possibilidade de estimar a duração cronológica da germinação ou da emergência a partir da simulação da temperatura do solo e do conhecimento do comportamento térmico das culturas. ABSTRACT The success of the crop establishment is strongly influenced by soil temperature and soil moisture. The daily and annual periodic variations of soil temperature follow closely the time-course of solar irradiance. The main purposes of this work is to study (a) the influence of soil temperature and soil moisture on the establishment of seven representatives species (pea, broad bean, corn, sorghum, sunflower, chickpea and lupine) of Mediterranean agriculture and (b) the thermal behaviour of two soils (a Luvisol and a Vertisol). Germination was studied at constant temperatures on a thermogradient plate while emergence and leaf appearance were studied on those two soils. Soil temperature was measured with copper-constantan (Type – T) thermocouples at seven depths (until 32 cm depth) and soil moisture was measured by the gravimetric method. It was used the thermal time concept on the study of germination, emergence and leaf appearance and the analysis of daily and annual temperature cycles was performed by means of Fourier series. The concept of a constant thermal time can be used to analyse each development stage of the establishment, if soil moisture conditions are favourable. Seedling establishment is markedly affected by extremes soil water contents, mainly at lower soil water contents. The influence of the type of soil seems to be more evident on the emergence than on leaf production and leaf growth. Furthermore, the variation of thermal times of emergence with soil water content in the Luvisol was also different from that in the Vertisol. The daily temperature variation at any depth was accurately represented by the amplitude equation for the first two harmonics, while the annual variation of soil temperature in Mediterranean climate was well represented by the first harmonic alone. The "damping depth" can quantify daily or annual thermal wave damping because thermal amplitudes decrease exponentially with depth. Damping depth depends on soil water content and soil moisture profile. The discussion of the success of the establishment was based on variation of germination and emergence parameters (size, rate and spread). Soil heterogeneity effects on thermal wave damping, the applicability of the theory of heat conduction in a semi-infinite homogeneous medium for non-uniform soils and the possibility of estimating chronological duration of emergence, by taking into account soil temperature simulation and thermal behaviour of cultures were also discussed.