INTRODUÇÃO

A integração lavoura-pecuária-floresta é um sistema de produção que tem por finalidade intensificar o uso do solo com o mínimo de impacto às funções ecossistêmicas (^{Valani et al. 2020}), através da integração entre os componentes agrícola, pecuário e florestal por meio da rotação, consórcio ou sucessão dentro de uma mesma área de produção, em sinergia (^{Balbino et al. 2011}). É uma estratégia de produção mais vantajosa que a agropecuária convencional, pois apresenta menor custo de produção, maior produtividade e menor risco sistemático devido a diversificada fonte de renda (^{Kichel et al. 2014}). Esses sistemas podem fornecer soluções adaptáveis aos desafios de sustentabilidade da agricultura no século XXI, que incluem o fornecimento de alimentos e fibras para uma crescente população global cada vez mais dependente de recursos não renováveis (^{Faust et al. 2017}). No Brasil, atualmente, existem 11,4 milhões de hectares ocupados com sistemas integrados de produção agropecuária (^{Rede ILPF, 2019}).

Estudos recentes têm evidenciado o potencial dos sistemas integrados de produção agropecuária na melhoria da qualidade física, química e biológica do solo (^{Bonetti et al. 2018}; ^{Souza et al. 2019}; ^{Suárez et al. 2021}). Dentre os benefícios, destaca-se o potencial na recuperação de pastagens degradadas e manutenção da matéria orgânica do solo (^{Loss et al. 2012}), melhoria na formação e estabilidade de agregados do solo (^{Souza et al. 2019}), aumento da água disponível às plantas (^{Pezarico et al. 2013}), melhora a capacidade de troca catiônica do solo (^{Cogo et al. 2013}), elevação da atividade enzimática do solo (^{Zago et al. 2020}), aumento da porosidade total do solo (^{Simioni et al. 2016}), além de possibilitar o aumento de produtividade das culturas com redução de custos (^{Conceição et al. 2014}).

Em ambiente semiárido os sistemas integrados de produção agropecuária têm sido projetados como forma de lidar com as adversidades agroclimáticas das savanas tropicais, ao mesmo tempo que ameniza os efeitos da erosão dos solos e disponibiliza água e nutrientes para as plantas ao longo dos ciclos produtivos (^{Atangana et al. 2014}). No entanto, diante da complexidade que esses sistemas apresentam (^{Moraes et al. 2014}; ^{Sánchez-Romero et al. 2021}), é imprescindível conhecer o efeito que a integração entre plantas, animais e espécies florestais promovem às funções ecossistêmicas do solo no médio e longo prazo nas classes de solo que predominam no semiárido. Existem diferentes modalidades de integração com potencial adoção no semiárido brasileiro: integração lavoura-pecuária (iLP), pecuária-floresta (iPF), lavoura-floresta (iLF) e a integração lavoura-pecuária-floresta (iLPF), que se distinguem quanto a complexidade e possivelmente quanto a capacidade de melhoria de qualidade do solo.

As propriedades físicas são boas indicadores de qualidade do solo e podem ser utilizadas na distinção do sistema de integração que expressa melhor eficiência sobre a melhoria de qualidade do solo em ambiente semiárido, no curto, médio e longo prazo. Dentre esses indicadores os mais utilizados são a curva de retenção de água no solo, o índice S e água disponível as plantas (^{Andrade et al. 2013}). ^{Magalhães et al. (2018}), estudando a curva de retenção de água e o índice S em um solo sob sistemas integrados de produção agropecuária, observaram que a densidade e disposição das árvores influenciaram as propriedades físicas do solo.

Nesse sentido, a hipótese de que a melhoria da qualidade físico-hídrica do solo em ambiente semiárido é influenciada de acordo com a modalidade de sistema integrado de produção agropecuária adotado. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento físico-hídrico de um Planossolo Háplico quatro anos após a implantação de sistemas de integração lavoura-pecuária-floresta no semiárido da Brasileiro.

MATERIAL E MÉTODOS

Densidade do solo e grau de compactação

A densidade do solo (ρ_s) foi determinada nas amostras de solo com estrutura indeformada conforme ^{Blake & Hartge (1986)}, através da relação entre a massa do solo seco e o volume da amostra. A densidade máxima do solo (ρ_MAX) foi determinada utilizando uma função de pedotransferência (FTP) proposta por ^{Marcolin & Klein (2011}), conforme apresentado na equação 1:

(1)

onde, ρ_MAX é a densidade máxima do solo (g cm^-3); MOS é o teor de matéria orgânica do solo (g kg^-1) e Argila (g kg^-1).

Com os dados de densidade do solo e densidade máxima determinou-se o grau de compactação do solo (Equação 2).

(2)

onde ρ é a densidade do solo (adimensional); ρ_MAX é a densidade máxima do solo (g cm^-3); GC é o grau de compactação do solo (%).

Condutividade hidráulica saturada

A condutividade hidráulica saturada (K_θ) foi determinada de acordo com ^{Teixeira et al. (2017}). Adotou-se as amostras anteriormente utilizadas na determinação da curva de retenção de água no solo, com volume conhecido de 102,09 cm³. As amostras foram saturadas e após 48 horas foram introduzidas em permeâmetro de carga constante até atingir o equilíbrio na taxa de percolação de água. O cálculo da condutividade foi realizado utilizando a equação 3:

(3)

Curva de retenção de água no solo (CRA), índice S e água disponível

Para a determinação da curva de retenção de água no solo (CRA), as amostras com estrutura preservada (102,09 cm³) foram saturadas por capilaridade durante 72 horas e, em seguida, submetidas aos potenciais matriciais (Ψm) -60hPa em mesa de tensão; -100, -330, -1000, -3000, -5000, -1000o e -15000hPaem câmara de Richards com placas porosas (Klute, 1965). Em seguida os dados de umidade do solo foram ajustados de acordo com os procedimentos sugeridos por van Genuchten (1980), usando o programa SWRC (^{Dourado Neto et al. 2000}), para determinação dos coeficientes utilizados na equação 4.

(4)

onde, θ é teor de água (m³ m^-3) correspondente ao respectivo (Ψ_m) após o equilíbrio; θs é o teor de água determinado na saturação (m³ m^-3); θr é a umidade residual do solo (m³ m^-3); n, m e α são parâmetros empíricos da curva de retenção, com α expresso em kPa^-1;m é a restrição (m= 1-1/n) (^{Mualem, 1976}).

O índice S foi determinado conforme descrito por ^{Dexter (2004}), utilizando a equação 5.

(5)

onde, S é o valor de inclinação da CRA no ponto de inflexão.

Conforme proposto por ^{Dexter (2004}), os valores foram apresentados em módulo, de forma a facilitar a discussão e compreensão dos resultados (adimensional). O potencial matricial no ponto de inflexão (Ψi) e a umidade no ponto de inflexão (θ_INFL), foram determinados utilizando as Equações 6 e 7 (^{Dexter & Bird, 2001}):

(6)

(7)

onde, Ψi é o potencial matricial no ponto de inflexão (kPa) e θ_INFL é a umidade do solo no ponto de inflexão (m³ m^-3).

A água prontamente disponível às plantas (θ_APD; m³ m^-3), foi determinada através da relação entre [(Ψ_m -60) -(-1000hPa)] (^{Barbosa et al. 2014}). A capacidade de campo (θ_CC; m³ m^-3), o ponto de murcha permanente (θ_PMP; m³ m^-3) e a água disponível (θ_AD; m³ m^-3), foram determinados conforme proposto por ^{Richards (1947}). Por ser um solo arenoso, utilizou-se o potencial matricial de Ψ_m = -100hPa para a θ_CC e -15000 hPa para o θ_PMP. A θ_AD foi obtida através da relação entre a (θ_CC - θ_PMP) (Richards & Weaver, 1943). A umidade do solo em que a porosidade de aeração é 10% (θar) foi determinada de acordo como descrito por ^{Silva et al. (1994}), utilizando a equação 8:

(8)

onde θar umidade do solo em que a porosidade de aeração é 10% (m³ m^-3); ρ_Sé a densidade do solo (g cm^-3); ρ é a densidade de partículas (g cm^-3).

A capacidade de campo relativa (CCr) foi determinada conforme descrito por ^{Reynolds et al. (2007}), utilizando e equação 9.

(9)

onde CCr é a capacidade de campo relativa (adimensional); θ_CC é a capacidade de campo correspondente ao potencial de -10 kPa (m³ m^-3); θ_S é a umidade do solo saturado (m³ m^-3).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na Tabela 1 encontram-se apresentados os valores médios de densidade do solo (ρ_s), densidade máxima (ρ_MAX), densidade relativa(ρ_R), grau de compactação (GC) e condutividade hidráulica saturada (K_θ). Observa-se que não houve diferença significativa entre os sistemas avaliados, contudo, constatou-se um aumento na densidade do solo em profundidade, com destaque para o iLP, onde o incremento foi de 0,08 g cm^-3entre as camadas de 0-10 e 10-20 cm. Nos sistemas iPF1 e iPF3, também houve incremento de densidade em subsuperfície, contudo em menor intensidade. Os indicadores ρ_MAX e ρ_R mantiveram tendência estável nas camadas de solo avaliadas, com variação de 1,79 a 1,84 g cm^-3 para ρ_MAX e 0,72 a 0,74 para a ρ_R.

Enfatiza-se que a ρ_s ficou abaixo do limite crítico em todos os sistemas avaliados, que segundo ^{Reynolds et al. (2007}) é de 1,40 a 1,60 g cm^-3 para solos de textura média. A ρ_MAX do solo não diferiu entre os sistemas, contudo no iPF2 obteve-se média de 1,84 g cm^-3 na camada 10-20 cm, sendo, portanto, a mais restritiva. Para ^{Braida et al. (2006}), valores não significativos de ρ _MAX podem estar relacionados ao baixo teor de matéria orgânica do solo e argila. O resultado da ρ _MAX refletiu no grau de compactação do solo, contudo, sem diferença significativa entre os sistemas avaliados (Tabela 1).

A K_θ variou de moderada a lenta entre os sistemas, conforme classificação apresentada pelo SoilSurvey (1993). Maior amplitude foi verificada no tratamento iPF1 (Tabela 1), com 12,01 cm h^-1 de diferença entre a camada de 10-20 cm, sendo maior que a K_θ da pastagem. Apesar de não diferir dos demais, o resultado do iPF1 demonstra tendência de melhoria da K_θ, provavelmente influenciada pelo aumento da macroporosidade. Resultado semelhante foi verificado por ^{Salles et al. (2018}), avaliando atributos físicos do solo sob sistemas integrados de produção agropecuária. Para os autores, a redução da K_θ em subsuperfície está relacionada ao aumento de densidade do solo e redução da macro e bioporosidade do solo.

Tabela 1 Densidade do solo (ρs), máxima (ρMAX), grau de compactação (GC) e condutividade hidráulica saturada (Kθ) em Planossolo sob sistemas integrados de produção agropecuária e pastagem semiárido brasileiro. 

As CRA referentes as camadas de 0-10 e 10-20 cm são apresentadas na Figura 1(A e B) e os parâmetros de ajuste na Tabela 2. As CRA correspondentes aos sistemas iPF1, PF3 e iLP na camada de 0-10 cm apresentaram o mesmo comportamento entre -100 e -1500 kPa, com valores de θs variando de entre 0,440 a 0,449 m³ m^-3 (Figura 1A).

O mesmo comportamento foi verificado por ^{Portela et al. (2001}), avaliando a retenção de água no solo no ecossistema dos tabuleiros costeiros do Nordeste Brasileiro. Segundo os autores, esse comportamento está relacionado ao predomínio de microporos nesse solo, que reflete na maior capacidade de retenção de água. ^{Silva et al. (2019}), avaliando a qualidade física do solo da mesma área de estudo confirmaram o predomínio de microporos nos diferentes sistemas avaliados, que segundo ele, deve-se a baixa qualidade estrutural apresentada pelo Planossolo em questão.

A acentuada inclinação das curvas (Figura 1A e B), indica um decréscimo abrupto no

Tabela 2 iPF1 = Parâmetros de ajustes das CRA de um Planossolo sob sistemas integrados de produção agropecuária e pastagem semiárido brasileiro. Urochloa decumbens + Ipê, iPF2 = Urochloa decumbens + Gliricídia, iPF3 =Urochloa decumbens + Sabiá, Pastagem = Urochloa decumbens, iLP = Urochloa decumbens + milho,CV = Coeficiente de variação, θs Umidade de saturação, θrUmidade residual. Médias seguidas de letras iguais nas colunas, não diferem entre si pelo teste de Tukey (p<0,05). 

Figure 1 Soil water retention curve (SWRC) of an Albaqualfs under Integrated Crop-Livestock systems and pasture in the Brazilian semi-arid. (A) 0-10 cm and (B) 10-20 cm. 

conteúdo de água no solo para os sistemas iPF1, iPF2, iPF3 e iLP. Esse decréscimo geralmente ocorre em solos que apresentam duas classes de poros bem definidas, macroporos que perdem água facilmente em baixas tensões e microporos, que retém água em altas tensões (^{Carducciet al., 2013}; ^{Silva et al., 2017}).

Na camada de10-20 cm, observa-se que as curvas apresentaram comportamento distinto em relação as curvas da camada de 10-20 cm, principalmente para os tratamentos iPF1, pastagem e iLP, entre os potenciais -100 e -1000 hPa. Nos sistemas iPF2 e iPF3 verifica-se uma queda acentuada na umidade do solo com redução do potencial matricial (Figura 1B). Esse comportamento decorre das características do solo que influenciam a CRA, como estrutura e textura (^{Mota et al., 2017}). Nesse sentido, verifica-se que os sistemas de integração ainda não modificaram a estrutura do solo, de forma a elevar o teor de água disponível às plantas.

Os parâmetros de ajuste das CRA não diferiram entre os sistemas avaliados (Tabela 2), e o θr ficou abaixo de 0,100 m³ m^-3. Esse resultado atenta para a reduzida capacidade de retenção de água no Planossolo independente do sistema de integração avaliado. Para ^{Fidalski et al. (2013}), valores baixos de θr estão relacionados a granulometria do solo, principalmente se neste houver predomínio de areia grossa. A maioria dos valores de n foram >1,30, destacando-se o sistema iPF2 com 2,93 na camada de 010 cm e 2,60 para o iPF2 e iPF3 na camada de 10-20 cm.

Os valores de potencial matricial e umidade no ponto de inflexão encontram-se na Tabela 3. O Ψi não foi influenciado pelos diferentes sistemas de integração e a pastagem. Esse resultado indica que a energia relacionada à capacidade de retenção de água no solo sob esses sistemas é praticamente igual entre -60 e -1000 hPa. Valores encontrados nesse estudo corroboram com valores obtidos por ^{Barbosa et al. (2014}), avaliando a utilização de Zeólitas na atenuação do déficit hídrico em Latossolo do bioma Cerrado. Para os autores, valores elevados de Ψi condicionam perdas muito menores de água drenável pelo solo. De maneira geral a média do Ψi na camada de 10-20 cm (-82,63 hPa) foi superior que o Ψi da camada 0-10 cm (-79,61 hPa), bem abaixo da capacidade de campo. Isso significa que a retenção de água na camada de 10-20 cm deve estar sendo influenciada pelo acentuado acréscimo no teor de argila e pelo predomínio de microporos nessa camada (^{Silva et al., 2019})

Tabela 3 Potencial matricial no ponto de inflexão (Ψi), umidade no ponto de inflexão (θ_INFL), água prontamente disponível (θ_APD) e índice S de um Planossolo sob sistemas integrados de produção agropecuária e pastagem semiárido brasileiro. 

Para a θ_INFL, verifica-se que os valores médios foram superiores a 0,200 m³ m^-3, nos sistemas avaliados, em ambas profundidades (Tabela 3). Esse resultado demonstra haver um equilíbrio no teor de água entre os poros estruturais (drenáveis em baixa tensão) e os texturais (drenáveis em altas tensões). Para ^{Carducci et al. (2015}), a θ_INFLe o Ψi representam o limite de separação entre os macroporos e os poros de demais tamanho.

A θ_APD não diferiu entre os sistemas (p<0,05), variando de 0,199 a 0,233 m³ m^-3 na camada de 0-10 cm e de 0,185 a 0,245 m³ m^-3 na camada de 10-20 cm (Tabela 3). Enfatiza-se, então, que a θ_APDna camada de 0-10 cm pode ser mais facilmente aproveitada pelas plantas que a θ_APD da camada de 10-20 cm.

Em relação ao índice S, verifica-se que não houve diferença significativa entre os sistemas, contudo houve uma melhor expressividade no iLP (S= 0,221). A associação entre duas poáceas (milho e Urochloa decumbens) no iLP podem estar contribuindo para a melhoria da qualidade estrutural do solo em função do aporte de carbono. As gramíneas apresentam relação C:N maior que as leguminosas e se decompõem mais lentamente e podem auxiliar na melhoria da qualidade estrutural do solo (Tabela 3). Todos os valores de S ficaram acima do limite crítico S> 0,020 (^{Dexter, 2004}). Os valores médios variaram de 0,107 a 0,215 na profundidade 0-10 cm e de 0,078 a 0,188 na profundidade de 10-20 cm. Valores semelhantes foram encontrados por ^{Nascimento et al. (2019}), em Latossolo e Cambissolo sob sistemas integrados de produção agropecuária.

Houve redução nos valores de S em profundidade, fato este que está diretamente relacionado ao aumento de ρ _s e redução na macroporosidade do solo. ^{Maia (2011}) avaliando a qualidade do solo através do índice S encontrou valores médios variando de 0,167 a 0,652; segundo o autor, valores elevados de S estão relacionados a fatores como: a unidade utilizada para o cálculo de umidade do solo, ao nível de restrição utilizado no ajuste das curvas de retenção e aos valores de densidade do solo.

A θ_CC, o θ_PMP a θ_AD a θ_ar e a CCr não diferiram entre os sistemas avaliados (p<0,05) (Tabela 3). A θ_AD está dentro da faixa considerada como limitante, que corresponde a 0,100 <θ_AD ≤ 0,150 m³ m^-3 (^{Reynolds et al., 2007}). Valores baixos de θ_AD podem ocasionar retardo no desenvolvimento das plantas por não as satisfazer com o suprimento adequado de água. A θ_ar variou de 0,360 a 0,400 m³ m^-3, contudo sem diferença entre os sistemas avaliados. A θ_ar foi superior a θ_cc em todos os sistemas, indicando que nesse solo não há espaços porosos suficientes para prover a oxigenação e uma melhor difusão de gases.

A CCr não diferiu entre os tratamentos avaliados (Tabela 4) e todos os valores médios ficaram abaixo de 0,6. Nesse sentido, presume-se que o solo está sob estresse hídrico/falta de água por ocasião do volume de poros ocupados por ar. Para ^{Olness et al. (1998}), a CCr é considerada adequada quando os valores estão dentro da faixa 0,6 <CCr ≤ 0,7. Independente do tratamento e camada de solo avaliada, no presente estudo observou-se que o Planossolo apresenta limitações físicas relacionadas à água no solo. Problemas esses que podem ser confirmados através do comportamento apresentado pelas curvas de retenção de água no solo e pela baixa disponibilidade de água às plantas.

Tabela 4 Capacidade de campo (θ_CC), ponto de murcha permanente (θ_PMP), água disponível (θ_AD), porosidade livre de ar (θ_ar) e capacidade de campo relativa (CCr) de um Planossolo sob sistemas integrados de produção agropecuária e pastagem semiárido brasileiro 

Os valores observados nesses estudos foram inferiores aos obtidos por ^{Nascimento et al. (2019}), em Latossolo de textura franco-arenosa. Segundo os autores, valores baixos de CCr podem estar relacionados ao baixo conteúdo de matéria orgânica do solo. Mesmo estando sob sistemas conservacionistas de produção agropecuária, o presente estudo evidencia restrições físicas intrínsecas dos Planossolos (^{Souza et al., 2013}).

CONCLUSÕES

A integração Lavoura-Pecuária-Floresta, após o período de quatro anos, ainda não promoveu melhoria física significativa dos atributos do Planossolo em estudo, porém, atributo como o índice S, apresentou valores dentro de uma faixa satisfatória.

Em relação a condição antecedente a implantação dos sistemas, verifica-se uma alteração positiva na estrutura, refletindo na redução da densidade do solo e aumento da porosidade total.

A umidade do solo na qual a porosidade é 10% e capacidade de campo relativa demonstram que o solo apresenta algumas limitações físicas como baixa capacidade de aeração, armazenamento e disponibilidade de água para as plantas.