Method to estimate soil macroporosity and microporosity based on sand content and bulk density

Abstract

Macroporosity is often used in the determination of soil compaction. Reduced macroporosity can lead to poor drainage, low root aeration and soil degradation. The aim of this study was to develop and test different models to estimate macro and microporosity efficiently, using multiple regression. Ten soils were selected within a large range of textures: sand (Sa) 0.07-0.84; silt 0.03-0.24; clay 0.13-0.78 kg kg-1 and subjected to three compaction levels (three bulk densities, BD). Two models with similar accuracy were selected, with a mean error of about 0.02 m³ m-3 (2 %). The model y = a + b.BD + c.Sa, named model 2, was selected for its simplicity to estimate Macro (Ma), Micro (Mi) or total porosity (TP): Ma = 0.693 - 0.465 BD + 0.212 Sa; Mi = 0.337 + 0.120 BD - 0.294 Sa; TP = 1.030 - 0.345 BD 0.082 Sa; porosity values were expressed in m³ m-3; BD in kg dm-3; and Sa in kg kg-1. The model was tested with 76 datum set of several other authors. An error of about 0.04 m³ m-3 (4 %) was observed. Simulations of variations in BD as a function of Sa are presented for Ma = 0 and Ma = 0.10 (10 %). The macroporosity equation was remodeled to obtain other compaction indexes: a) to simulate maximum bulk density (MBD) as a function of Sa (Equation 11), in agreement with literature data; b) to simulate relative bulk density (RBD) as a function of BD and Sa (Equation 13); c) another model to simulate RBD as a function of Ma and Sa (Equation 16), confirming the independence of this variable in relation to Sa for a fixed value of macroporosity and, also, proving the hypothesis of Hakansson & Lipiec that RBD = 0.87 corresponds approximately to 10 % macroporosity (Ma = 0.10 m³ m-3).

A macroporosidade é um atributo do solo utilizado para estudos do seu grau de compactação. Valores baixos de macroporosidade podem resultar em má drenagem, baixa aeração e aumento da resistência do solo à penetração de raízes, sendo um dos indicadores de degradação do solo. Os objetivos deste trabalho foram desenvolver e testar modelos para estimativa da macro e da microporosidade, utilizando regressão múltipla, como uma proposta para levantamentos expeditos. Dez amostras de solos com diferentes composições granulométricas areia: 0,07-0,84; silte: 0,03-0,24; e argila: 0,13-0,78 kg kg-1 - foram submetidas a três níveis de densidade do solo (DS). Dois modelos foram selecionados, apresentando acurácias semelhantes, com erro médio em torno de 0,02 m³ m-3 (2 %). O modelo y = a + b.Ds + c areia, denominado modelo 2, aplicado tanto para macro e micro como para porosidade total, Pt, foi selecionado pela sua simplicidade: macro = 0,693 - 0,465 Ds + 0,212 areia; micro = 0,337 + 0,120 Ds - 0,294 areia; Pt = 1,030 - 0,345 Ds - 0,082 areia. As porosidades foram expressas em m³ m-3, e a areia, em kg kg-1. Os modelos foram testados em 76 dados, medidos por diferentes autores, obtendo-se um erro médio da ordem de 0,04 m³ m-3 (4 %). Foram apresentadas simulações da variação de Ds com areia na faixa de compactação para macro de 0 a 0,10 m³ m-3. A equação da macroporosidade foi remodelada para obter outros indicadores de compactação: a) para simular densidade máxima do solo em função da areia (Equação 11), apresentando boa concordância com dados da literatura; b) um modelo de densidade relativa do solo em função da Ds e areia (Equação 13); e c) um outro modelo para simular a densidade relativa do solo em função da macro e areia (Equação 16), confirmando a independência dessa variável em relação à areia para um valor fixo da macroporosidade e, também, comprovando a hipótese de Hakansson & Lipiec, de que o valor 0,87 representa aproximadamente a macroporosidade 10 % (0,10 m³ m-3).