Reconsolidation of the soil surface after tillage discontinuity, with and without cultivation, related to erosion and its prediction with rusle

Abstract

Site-specific regression coefficient values are essential for erosion prediction with empirical models. With the objective to investigate the surface-soilconsolidation factor, Cf, linked to the RUSLE’s prior-land-use subfactor, PLU, an erosion experiment using simulated rainfall on a 0.075 m m-¹ slope, sandy loam Paleudult soil, was conducted at the Agriculture Experimental Station of the Federal University of Rio Grande do Sul (EEA/UFRGS), in Eldorado do Sul, State of Rio Grande do Sul, Brazil. Firstly, a row-cropped area was excluded from cultivation (March 1995), the existing crop residue removed from the field, and the soil kept clean-tilled the rest of the year (to get a degraded soil condition for the intended purpose of this research). The soil was then conventional-tilled for the last time (except for a standard plot which was kept continuously cleantilled for comparison purposes), in January 1996, and the following treatments were established and evaluated for soil reconsolidation and soil erosion until May 1998, on duplicated 3.5 x 11.0 m erosion plots: (a) fresh-tilled soil, continuously in clean-tilled fallow (unit plot); (b) reconsolidating soil without cultivation; and (c) reconsolidating soil with cultivation (a crop sequence of three corn- and two black oats cycles, continuously in no-till, removing the crop residues after each harvest for rainfall application and redistributing them on the site after that). Simulated rainfall was applied with a Swanson’s type, rotating-boom rainfall simulator, at 63.5 mm h-¹ intensity and 90 min duration, six times during the two-and-half years of experimental period (at the beginning of the study and after each crop harvest, with the soil in the unit plot being retilled before each rainfall test). The soil-surface-consolidation factor, Cf, was calculated by dividing soil loss values from the reconsolidating soil treatments by the average value from the fresh-tilled soil treatment (unit plot). Non-linear regression was used to fit the Cf = eb.t model through the calculated Cf-data, where t is time in days since last tillage. Values for b were -0.0020 for the reconsolidating soil without cultivation and -0.0031 for the one with cultivation, yielding Cf- values equal to 0.16 and 0.06, respectively, after two-and-half years of tillage discontinuation, compared to 1.0 for fresh-tilled soil. These estimated Cf-values correspond, respectively, to soil loss reductions of 84 and 94 %, in relation to soil loss from the fresh-tilled soil, showing that the soil surface reconsolidated intenser with cultivation than without it. Two distinct treatmentinherent soil surface conditions probably influenced the rapid decay-rate of Cf values in this study, but, as a matter of a fact, they were part of the real environmental field conditions. Cf- factor curves presented in this paper are therefore useful for predicting erosion with RUSLE, but their application is restricted to situations where both soil type and particular soil surface condition are similar to the ones investigate in this study.

Valores locais de coeficientes de regressão são essenciais para predizer a erosão por meio de modelos empíricos. O fator consolidação da superfície do solo, Cf, associado ao subfator uso anterior da terra, PLU, do modelo “RUSLE”, foi investigado usando chuva simulada em Argissolo Vermelho distrófico típico, textura franco-arenosa e 0,075 m m-¹ de declividade, na Estação Experimental Agronômica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (EEA/UFRGS), em Eldorado do Sul (RS). Para começar o estudo, uma área com culturas anuais em fileiras foi retirada do processo de cultivo, em março de 1995, tendo sido progressiva e intencionalmente degradada por meio da remoção dos resíduos culturais e de freqüentes arações e gradagens, o restante do ano. Após o último preparo de solo na área de estudo, em janeiro de 1996, foram estabelecidos, e avaliados para reconsolidação da superfície do solo e erosão do solo, até maio de 1998, sobre pares de parcelas de erosão com dimensões de 3,5 x 11,0 m, os seguintes tratamentos: (a) solo recém-preparado, continuamente em pousio descoberto (parcela unitária); (b) solo em processo de reconsolidação na ausência de cultivo; e (c) solo em processo de reconsolidação na presença de cultivo (três ciclos culturais de milho intercalados com dois ciclos culturais de aveia preta, continuamente em semeadura direta, removendo-se os resíduos culturais após a colheita de cada cultura para aplicação das chuvas e retornando-os posteriormente). As chuvas foram aplicadas com um simulador de chuva de braços rotativos, tipo Swanson, na intensidade de 63,5 mm h-¹ e duração de 90 min, seis vezes durante os 2,5 anos de período experimental (no início e logo após a colheita de cada cultura, com o solo na parcela unitária sendo repreparado toda vez que um teste de chuva era realizado). O fator consolidação da superfície do solo, Cf, foi derivado dividindo-se os valores de perda de solo observados nos tratamentos de reconsolidação do solo pela perda de solo observada no tratamento com o solo recémpreparado. Empregou-se análise de regressão não-linear para ajustar o modelo Cf = ebt aos dados derivados de Cf, em que t é o número de dias decorrido desde o último preparo do solo. Os valores encontrados de b foram -0,0020 para o tratamento reconsolidação do solo sem cultivo e -0,0031 para o com cultivo, que geram, respectivamente, após 2,5 anos de cessamento do preparo de solo, valores de Cf iguais a 0,16 e 0,06, comparados ao valor 1,0 para o solo recém-preparado. Estes valores estimados de Cf equivalem a reduções de perda de solo de, respectivamente, 84 % e 94 %, em relação à perda verificada no solo recém-preparado, mostrando que o solo reconsolidou mais sua superfície na presença de cultivo do que na sua ausência. Duas condições distintas de superfície do solo, inerentes aos tratamentos de reconsolidação do solo avaliados, provavelmente influenciaram a rápida taxa de declínio dos valores de Cf neste estudo, mas, de qualquer forma, elas eram parte do ambiente real no campo. Assim, as curvas do fator-Cf apresentadas neste estudo são válidas para predizer a erosão hídrica com o modelo “RUSLE”, porém seu uso é limitado àquelas situações em que tanto o tipo de solo, quanto sua condição específica de superfície, são similares às estudadas nesta pesquisa.