Extraction of soil water by plants: development and validation of a model

O conhecimento do processo de fluxo de água no solo em direção a uma raiz, é essencial para o manejo racional da irrigação de culturas. Um modelo foi desenvolvido para a descrição física desse processo, baseado na contabilização do fluxo de água na zona circundante à raiz e na demanda transpiratória. O modelo foi aferido num experimento com plantas de arroz (Oryza sativa L.) no material de dois solos, um Latossolo Vermelho Amarelo álico A moderado, textura média (LV) e um Latossolo Vermelho Escuro álico A moderado, textura muito argilosa (LE), ambos do município de Piracicaba (SP). Criou-se um ambiente artificial, simulando a presença de uma só raiz através da utilização de placas porosas de cerâmica. A umidade em função da distância da raiz e em função do tempo foi medida utilizando a técnica de atenuação de radiação 𝒚. O experimento conduzido não permitiu, para o material do solo LV, de alta condutividade hidráulica, validar o modelo desenvolvido, devido ao avanço . excessivamente rápido da faixa influenciada pela extração de água pelas raízes. Para o material do solo LE, com uma condutividade hidráulica menor, pôde-se observar o esgotamento de água próxima às placas porosas; de acordo com o modelo desenvolvido. Em conseqüência da aceitação do modelo concluiu-se que a extração da água do solo pelo sistema radicular de plantas depende das propriedades hidráulicas do solo. Durante a secagem do solo o potencial para manter o fluxo necessário de água em direção às raízes diminui, e muito mais rapidamente em solos com condutividade hidráulica baixa. Introduziu-se o termo potencial-limite, o potencial mais baixo que uma planta consegue manter nas suas raízes. Quando o potencial-limite das raízes é atingido, a umidade média do solo corresponde à critica. O tempo para se chegar ao potencial-limite é função da umidade inicial do solo, da condutividade hidráulica do solo, da demanda transpiratória e da distribuição espacial das raízes. As limitações do modelo proposto dizem respeito às simplificações feitas para desenvolvê-lo, como a desconsideração das variações na taxa de transpiração durante um dia, a suposição que todas as raízes têm o mesmo raio e que a água nas suas superfícies possui o mesmo potencial total, a hipótese de que, ao extrair água do solo, não há interação entre raízes e a desconsideração da variabilidade espacial , das características do solo.The knowledge of the process of soil water movement in direction of a root is essential for the understanding of the control of irrigation practices. A model was developed to physically describe this process, based on the calculation of water fluxes in the surroundings of a root as a function of atmospheric transpiration demand. The model was checked in an experiment with rice (Oryza sativa L.), planted in the material of two soils, a medium textured oxisol and a very clayey oxisol, both from the township of Piracicaba, São Paulo State, Brazil. An artificial environment was created in order to simulate the presence of only one root, using ceramic porous plates. Soil water content as a function of root distance and as a function of time was measured using the technique of attenuation of a 𝒚-beam. For the medium textured material with a relatively high hydraulic conductivity, the experiment did not permit the validation of the developed model, because of the very quick advance of the drying front. For the very clayey material, with a lower hydraulic conductivity, water depletion close to the porous plates occurred according to the model. As a result of the acceptance of the model, it was concluded that soil water extraction by the root system of plants depends on the soils hydraulic properties. During drying of a soil the water potential needed in the roots gets lower and lower, and far more rapidly in soils with a lower hydraulic conductivity. The term limiting potential was introduced as being the smallest water potential a plant can maintain in its roots. When the limiting potential is reached, the mean soil moisture content corresponds to the critical soil moisture content. The time to reach this limiting potential is a function of the initial soil water content, the soils hydraulic conductivity, the atmospheric transpiration demand and the spatial root distribution. The limitations of the proposed model are related to the simplifications that were made to develop it, like the disconsideration of the diurnal variations in transpiration rates, the assumption that all roots have the same diameter and that the water at their surfaces has the same total potential, the hypothesis that there is no interaction between roots while extracting soil water and the disconsideration of spatial variability of soil properties