distribuição espacial do ph, alumínio, cálcio e

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distribuição espacial do ph, alumínio, cálcio e
DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DO PH, ALUMÍNIO, CÁLCIO E MAGNÉSIO
NO SOLO EM ÁREA DE AJARDINAMENTO URBANO EM CURITIBA, PR
Etienne Winagraski¹
Simone Filipini Abrão²
Thiago Woiciechowski3
Rogério Bobrowski4
Carlos Bruno Reissmann5
Resumo
O solo apresenta uma heterogeneidade natural devido sua formação, assim a presença de atributos químicos de
uma área ocorrerá de forma descontínua. A análise da variabilidade espacial de atributos químicos de um solo
fornecerá subsídios ao manejo no momento de tomada de decisões. O objetivo deste trabalho foi avaliar a
variabilidade espacial do pH (CaCl2), alumínio (Al3+), magnésio (Mg2+) e cálcio (Ca2+) em uma área de
ajardinamento e analisar a relação destes nutrientes entre si na área em estudo. O estudo foi conduzido em uma
área de ajardinamento urbano (2000 m²) localizada no Campus pertencente à Universidade Federal do Paraná,
Curitiba, PR. A amostragem do solo foi realizada com trado holandês em 50 pontos amostrais distribuídos
sistematicamente dentro da parcela, na profundidade de 0, 00 a 0,20 cm. Conclui-se que pH, cálcio, magnésio e
alumínio apresentaram estrutura de dependência espacial com grau de dependência forte e de forma aleatória. Os
teores de Ca e Mg apresentaram correlação entre si e com valores maiores do pH do solo em contrapartida, os
teores altos de Al refletiram locais onde o pH era mais ácido.
Palavras-chave: Geoestatística; atributos químicos; nutrientes.
SPATIAL DISTRIBUTION OF THE PH, ALUMINIUM, CALCIUM AND
MAGNESIUM IN A SOIL GARDENING IN AN AREA URBAN IN CURITIBA,
PR
Abstract
The soil has a natural heterogeneity due to training, so the presence of chemical attributes in an area occurs
discontinuously. The analysis of spatial variability of soil chemical attributes provide subsidies for management
when making decisions. The objective of this study was to evaluate the spatial variability of pH (CaCl2),
aluminum (Al3+), magnesium (Mg2+) and calcium (Ca2+) in an area of gardening and analyze the relationship of
these nutrients in the study area. The study was conducted in an area of urban gardening (2000 m²) located on
the Campus belonging to the Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR. Soil sampling was conducted in 50
sampling points distributed systematically within the plot at a depth of 0.00 to 0.20 cm. It was concluded that
pH, calcium, magnesium and aluminum showed spatial dependence structure with high degree of dependence
and random. The Ca and Mg correlated among themselves and with higher values of soil pH. High levels of Al
reflected where the pH was more acidic.
Keywords: Geoestatistical; chemical attributes; nutrients.
1
Mestranda em Engenharia Florestal, Universidade Federal do Paraná, [email protected]
Mestre em Engenharia Florestal, Universidade Federal de Santa Maria, [email protected]
3
Mestre em Ciências Florestais, Doutorando em Engenharia Florestal, Universidade Federal do Paraná, [email protected]
4
Mestre em Engenharia Florestal, Doutorando em Engenharia Florestal, Universidade Federal do Paraná, [email protected]
5
Pós Doutor, Professor Sênior do Departamento de Solos e Engenharia Agrícola da Universidade Federal do Paraná, [email protected]
2
INTRODUÇÃO
O uso correto dos recursos do solo através de boas práticas de manejo a fim de manter a
sustentabilidade das formações florestais converge para o conhecimento dos atributos dos solos em qualquer
sítio ou área florestal.
O solo apresenta uma heterogeneidade natural devido a gênese de sua formação, visto que o processo de
intemperização físico, químico e biológico ocorre de forma descontínua ao longo do tempo. Nesse sentido, a
variabilidade no solo também pode ser expressa por meio de mudanças locais de pH, atividade biológica,
lixiviação e absorção (BARBAR e MELO, 2008). Diante do exposto, a heterogeneidade exata de um solo pode
ser representada a partir da variabilidade espacial de atributos do solo que, quando químicos, permitirão a
preservação das propriedades químicas de um local (BATISTA et al., 2011).
No Brasil, existem poucos estudos que abordam a variabilidade espacial no comportamento de atributos
químicos, principalmente em solos florestais (WOJCIECHOWSKI et al, 2009); justificando a necessidade de
estudos que viabilizem maior conhecimento dentro dessa lacuna, considerando que a atividade florestal segue em
expansão e participando significativamente da economia do país. Portanto, ferramentas que facilitem o
reconhecimento da área e possibilitem a redução nos custos das operações florestais são fundamentais.
Os avanços na área da estatística e do georreferenciamento foi possível desenvolver ferramentas para as
mais diversas aplicações, inclusive para a manutenção da qualidade do solo, por meio da geoestatística.
Guimarães (2004) afirma que a aplicabilidade e a utilização da geoestatística como metodologia de análise de
dados no espaço ou no tempo esta difundida em vários ramos da ciência, envolvendo as ciências humanas,
biológicas e exatas. Portanto, a geoestatística mostra-se bastante conveniente como ferramenta na área da gestão
florestal, principalmente na chamada silvicultura de precisão; pois a mesma fornece informações a respeito da
variabilidade dos atributos do solo e, assim, permitindo adaptar técnicas que reduzam custos e impactos
ambientais
A variação de atributos químicos de um solo dentro de uma área permite subsídios para melhor
levantamento e manejo do solo, planejamento no momento de amostragens e gerenciamento de práticas agrícolas
e florestais (SILVA et al., 2003, SOUZA et al., 2004, BATISTA et al., 2011).
A distribuição espacial dos nutrientes e sua disponibilidade são importantes para o monitoramento dos
atributos químicos no solo evitando, assim, problemas de deficiência ou mesmo toxidez em áreas florestadas.
Além disso, através do mapeamento da área, a recomendação de adubos e corretivos pode ocorrer de maneira
diferenciada evitando gastos excessivos em áreas que, em alguns casos, não seria necessário ou quantidades
inferiores.
O objetivo deste trabalho foi avaliar a variabilidade espacial do pH (CaCl2), alumínio (Al3+), magnésio
2+
(Mg ) e cálcio(Ca2+) em uma área de ajardinamento e analisar a relação destes nutrientes entre si na área em
estudo
MATERIAL E MÉTODOS
Caracterização do local de estudo
O estudo foi conduzido em uma área de ajardinamento urbano localizada nas coordenadas 25°24' de
latitude Sul e 49°14' de longitude Oeste e altitude média de 945 m acima do nível do mar, pertencente à
Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR, Brasil (Figura 1). O clima predominante na região é do tipo Cfb,
temperado úmido, de acordo com a classificação climática de Köppen, em que a temperatura mínima média
anual é de 12,7º C e a máxima média anual é de 20,4º C. A temperatura média anual fica em 16,5º C, a
precipitação média anual é de 1451,8 mm e a umidade relativa do ar em torno de 81,5% (MAACK, 1981). No
município, os verões são frescos, as geadas no inverno são frequentes e não ocorrem déficits hídricos
expressivos em nenhuma época do ano.
Figura 1. Localização da área de estudo e dos pontos de coleta do solo, Curitiba, PR, Brasil. Figure 1. Location
of the study area and soil collection points, Curitiba, PR, Brasil.
Sobre a área amostral havia inúmeras espécies florestais dispersas, com forração do solo composta
apenas por gramíneas e sem sub-bosque. Dentre as florestais observadas cita-se: Araucaria angustifolia,
Campomanesia xantocarpa, Eucalyptus sp., Eugenia uniflora, Handroanthus heptaphyllus, Hovenia dulcis,
Lagerstroemia indica, Ligustrum lucidum, Pinus patula, Pinus sp., Prunus sellowii, Schinus terebinthifolius,
Senna multijuga e Syagrus sp.
Coleta e análise do solo
As coletas foram realizadas em uma parcela de 2000 m² (100 m x 20 m) de uma área de ajardinamento
dentro do campus da UFPR – Setor de Agrárias. A amostragem do solo foi baseada em 50 pontos amostrais
distribuídos sistematicamente dentro da parcela, adotando-se 10 linhas equidistantes 10 m entre si, nas quais
foram amostrados o solo a cada 5 m, nas posições A, B, C, D e E, conforme descrito na Figura 1; formando uma
malha de pontos. Com o auxílio de um trado holandês foram coletadas amostras deformadas de solo, na camada
de 0,0 a 0,20 m. Após a coleta, as amostras foram encaminhadas ao Laboratório de Fertilidade do Departamento
de Solos e Engenharia Agrícola da Universidade Federal do Paraná (UFPR). Foram realizadas as determinações
dos teores de alumínio (Al3+), magnésio (Mg2+) e cálcio(Ca2+) e pH em CaCl2 seguiram a metodologia descrita
em Embrapa (1997), na qual o Al3+,Ca2+ e Mg2+ foram extraídos em KCl 1 M e o pH em cloreto de cálcio (0,01
M).
Análise geoestatística
A variabilidade dos atributos químicos foi realizada por meio de análise geoestatística. Para isso, os
dados foram submetidos ao teste de Shapiro-Wilk (5% de probabilidade de erro), a fim de verificar a
normalidade da distribuição. Com o auxílio do programa computacional GS+ (GAMMA DESIGN SOFTWARE,
2000) obteve-se a média, valores mínimo e máximo, desvio-padrão, coeficiente de variação, curtose e assimetria,
bem como a construção dos semivariogramas experimentais.
A partir do ajuste de cada semivariograma experimental, realizado por meio da validação cruzada,
pode-se determinar os parâmetros: efeito pepita (C0), patamar (C0+C), o alcance da dependência espacial (a), o
coeficiente de determinação (r²) e a soma de quadrado de resíduo (SQR); sendo que o último foi tilizado como o
principal critério no ajuste do semivariograma. Dessa forma, a dependência espacial foi avaliada segundo a
classificação sugerida por Cambardella et al. (1994), a qual fundamenta-se no coeficiente de efeito pepita (CEP),
definido como a razão entre o efeito pepita e o patamar (C0/C+C0). Nesse caso, se o CEP≤ 0,25, a amostra
apresenta alta dependência espacial; se 0,25 ≤ CEP ≤ 0,75, a amostra apresenta moderada dependência espacial;
e se CEP ≥ 0,75, a amostra tem baixa dependência espacial.
Após a definição da dependência espacial dos dados, foi utilizado o método de krigagem para
interpolação espacial dos mesmos, visando à construção dos mapas de isolinhas de cada atributo químico
estudado dentro da parcela. Além disso, para verificar relações entre os atributos, foi realizada
complementarmente correlação linear de Pearson.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A partir da análise estatística dos atributos químicos estudados (Tabela 1), observa-se que a faixa de pH
oscilou entre os valores de 3,8 a 6,3. Como os valores de pH acima de 5,0 favorecem a precipitação do alumínio
na forma de hidróxido, estes podem justificar os baixos teores de alumínio trocável encontrados no solo. O efeito
do pH pode ser verificado também na disponibilidade do cálcio e do magnésio. Nesse sentido, os teores de cálcio
encontrados são considerados pela SBCS (2004) como médios (valores entre 2,1 e 4,0 cmolc.dm-3) e também
altos, devido a presença de valores acima de 4,0 cmolc.dm-3. Já os teores de magnésio foram considerados altos
em sua totalidade, visto que o teor mínimo (1,5 cmolc.dm-3) desse nutriente ultrapassa o teor de 1,0 cmolc.dm-3.
Tabela 1. Parâmetros estatísticos para os atributos químicos do solo na camada de 0,20. Statistical parameters for
chemical soil layer of 0,20.
Atributo
Média
Mínimo
Máximo
DP
CV
-3
Curtose
0,63
(%)
13,42
0,85
-0,11
Alumínio
Cálcio
1,40
7,30
0,00
2,30
2,85
12,80
1,68
2,70
120,00
36,99
1,32
0,15
1,19
0,75
Magnésio
4,31
1,50
6,00
1,10
25,26
-0,46
-0,67
pH (CaCl2)
-------------------- cmolc.dm -------------------4,70
3,80
6,30
Assimetria
DP: desvio padrão; CV: coeficiente de variação.
O coeficiente de variação (CV) reflete a razão entre o desvio padrão e a média, permitindo a análise da
dispersão dos dados. Desse modo, conforme a classificação sugerida por Warrieck e Nielse (1980) os valores de
coeficientes de variação podem ser baixos (CV<12%), médios (12%<CV<60%) e altos (CV>60%). Logo, a
variabilidade do pH, do cálcio e do magnésio apresentaram-se médias, enquanto que a do alumínio trocável
apresentou variabilidade maior. Barbar e Melo (2008) encontraram CV menor (9,7%) para Mg em região
próxima a área estudada. Na área total o Al apresentou o maior CV (120%) semelhante à observação de Oliveira
Junior (2011).
Tabela 2. Coeficientes de correlação linear de Pearson entre os atributos químicos estudados. Table 2.
Coefficientes of Pearson linear correlation between the chemical attributes studied.
Variável
Umidade
pHCaCl2
pHpot.
Al
C
K
P
Ca
Mg
Umidade
1,00
-
-
-
-
-
-
-
-
pH (CaCl2)
-0,24
1,00
-
-
-
-
-
-
-
pH pot.
-0,26
0,98**
1,00
-
-
-
-
-
-
Alumínio
0,18
-0,77**
0,81**
1,00
-
-
-
-
-
Carbono
-0,24
0,34*
0,33*
-0,32*
1,00
-
-
-
-
Potássio
-0,18
0,69**
0,70**
-0,44**
0,34*
1,00
-
-
-
Fósforo
-0,08
0,12
0,15
-0,16
0,10
0,16
1,00
-
-
Cálcio
-0,19
0,90**
0,88**
-0,83**
0,49**
0,68**
0,07
1,00
Magnésio
-0,16
0,75**
0,70**
-0,79**
0,36**
0,41**
0,04
0,84**
1,00
** Correlação significativa a 1% de probabilidade.
* Correlação significativa a 5% de probabilidade.
Dentre os coeficientes de correlação estudados (Tabela 2), as variáveis cálcio e pH CaCl2, magnésio e
pH CaCl2, e magnésio e cálcio apresentaram correlação forte (0,90, 0,75 e 0,84 respectivamente),
diferentemente da correlação entre alumínio e cálcio (-0,83), alumínio e pH CaCl2 (-0,77), alumínio e magnésio
(-0,79, que apresentaram relação forte negativa. Valores semelhantes foram encontrados por OLIVEIRA
JUNIOR (2011) para Al e Ca (-0,71), Al e Mg (-0,70), e Ca e Mg (0,82).
Tabela 3. Parâmetros do semivariograma para os atributos químicos estudados. Table 3. Parameters of the
semivariogam for the chemical attributes studied.
Atributo
pH (CaCl2)
Alumínio
Cálcio
Magnésio
Modelo
Exponencial
Esférico
Exponencial
Exponencial
Co
0,0660
0,0010
1,2700
0,3570
Co+C
0,4460
3,0570
8,2540
1,4170
A
49,5
58,2
33,9
29,4
r²
0,54
0,48
0,61
0,58
RSS
0,0699
4,95
14,7
0,27
CEP
0,15
0,00
0,15
0,25
Co: efeito pepita; Co+C: patamar; a: alcance de dependência espacial; r²: coeficiente de determinação; RSS: soma de quadrado de resíduo;
CEP: coeficiente de efeito pepita.
Os parâmetros do semivariograma apresentaram dependência espacial dos teores de cálcio, magnésio,
pH e alumínio, com alcance de 33,90 m, 29,40 m, 49,50 m e 58,20 m, respectivamente (Tabela 3). Sendo assim,
amostras dos teores analisados, selecionadas a distâncias maiores que a referida, possuem distribuição espacial
aleatória e, portanto, são independentes entre si. Logo, o coeficiente de efeito pepita (CEP = C0/C+C0) foi de
0,15 para cálcio, 0,25 para magnésio, 0,15 para pH e 0,0 para alumínio, evidenciando alta dependência espacial
para os atributos levantados (CEP ≤ 0,25), segundo a classificação proposta por Cambardella et al. (1994). Valor
maior para Mg foi observado por Batista et al (2011), no município de Cascavel, PR.
A distribuição das classes de teores de cálcio evidenciou a ocorrência de três grupos homogêneos ao
longo da parcela (Figura 2). No primeiro grupo observou-se a tendência de teores de cálcio mais baixos (<5,5
cmolc.dm-3). O segundo grupo, localizado no centro da malha prolongando-se em direção oeste, ocorreram
valores intermediários (<7,0 cmolc.dm-3), enquanto que o terceiro grupo apresentou os maiores teores de cálcio
(<12,8 cmolc.dm-3); demonstrando uma distribuição espacial não aleatória dentro da parcela.
Como apresentado na figura, conclui-se que para o magnésio a parcela divide-se em grupos contendo
teores mais elevado (<5,5 cmolc.dm-3) e outra com teores mais baixos (<2,62 cmolc.dm-3). Apesar do magnésio
estar mais concentrado nas folhas, acredita-se que a variação do mesmo elemento no terreno apresentada no
momento da coleta esteja ligado ao relevo do local do que devido a presença de alguma espécie específica. É
importante considerar que a coleta do material foi realizado em época de baixa produção de serapilheira. Pode-se
citar também a dependência do ambiente alcalino.
É importante salientar que área esta que mais apresentou teor de magnésio, foi juntamente a área que
apresentou maior teor de cálcio, sujerindo alta correlação entre estes fatores, nesta mesma área, também foi
observado correlação do aluminio e do pH visto que áreas que apresentaram menores índices de aluminio (0,0
cmolc.dm-3) foram as áreas que apresentaram maiores valores de pH (6,8 cmolc.dm-3).
Borém e Ramos (2002) encontraram situação semelhante ao analisar o magnésio em uma
toposequencia. Os mesmos autores identificaram maiores teores de magnésio e cálcio em um terço inferior da
área estudada, isto em consequência da lixiviação, apesar da amostra ter sido realizada no periodo seco
A presença de gramíneas no local podem evidenciar relação com a ciclagem de nutrientes. Estas
gramíneas são menos exigentes e conseguem se manter por meio da ciclagem de nutrientes (REISSMANN;
WISNIEWSKI, 2005). As raízes das gramíneas são anualmente renovadas permitindo maior incorporação de
matéria orgânica ao solo. Nos primeiros 20 centímetros do solo se encontram 80% das raízes finas, que
remontam na maior parte da matéria orgânica (LEPSCH, 1980). A alta ocorrência de matéria orgânica aumentará
a disponibilidade de nutrientes no solo mineral (WIESMEIER et al., 2009).
De modo geral, as bases trocáveis no solo normalmente vêm associadas às concentrações de alumínio,
bem como ao comportamento do pH. A lixivição de solos ácidos permitem que a proporção do Al3+ e o H+
aumentem na argila e na argila e na matéria orgânica, decrescendo a proporção de Ca2+ e Mg2+, redução a
disponibilidades desses cátions e aumentando a concentração de alumínio na solução do solo (PRITCHETT;
FISHER, 1987). Por outro lado a relação entre o cálcio e magnésio com pH deve-se a influencia nos valores
maiores do pH do solo; quando há aumento na quantidade dessas bases trocáveis e assim, fazendo com que os
íons entrem em equilíbrio rápido com a superfície de adsorção dos colóides por forças eletrostáticas, há reflexo
no aumento da saturação por bases e diminuição da acidez potencial do solo, e deste modo, elevando os valores
de pH. Assim, esse comportamento contrário foi observado na área, já que locais com a maior presença de
cátions potássio e magnésio foram os que apresentaram menor presença de alumino e maior presença de pH.
Figura 2. Mapa de contorno da variabilidade espacial do pH (CaCl2) e dos teores de alumínio, cálcio e magnésio
(cmolc.dm-3) dentro da parcela, na camada de 0,0 a 0,20 m, Curitiba, PR, Brasil. Figure 2. Contour map of the
spatial variability of pH (CaCl2) and the levels of aluminum, calcium and magnesium (cmolc.dm-3) within the
plot in the layer from 0,0 to 0,20 m, Curitiba, PR, Brasil.
CONCLUSÕES
Os atributos químicos: pH, cálcio magnésio e alumínio apresentaram estrutura de dependência espacial
com grau de dependência forte e de forma aleatória;
Os teores de Ca e Mg apresentaram correlação entre si e com valores maiores do pH do solo em
contrapartida, os teores altos de Al refletiram locais onde o pH era mais ácido.
A formação vegetacional da área em estudo contribuiu para a distribuição dos nutrientes, alumínio e pH
do solo na área estudada uma vez que, a composição química das folhas das diversas espécies da parcela e a
presença de gramíneas ocasionaram mudanças nessa distribuição e alocação desses atributos. Além disso, a
vegetação está inserida em meio urbano, e a possibilidade de descarte de resíduos pode influenciar de forma
direta nos parâmetros químicos e na qualidade do solo.
De forma geral, com a realização da distribuição espacial dos atributos químicos do solo há a
possibilidade de uma recomendação de doses de fertilizantes com taxas diferenciadas, proporcionando uma
redução do custo de produção e a obtenção de um equilíbrio na disponibilidade de nutrientes às plantas.
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