Diagnosis of soil compaction in sugarcane growing areas: traditional methods and use of apparent soil electrical conductivity obtained by electromagnetic induction sensor

A mecanização agrícola transformou o cultivo de cana-de-açúcar nas últimas décadas, e cooperou para o aumento da eficiência e a expansão do cultivo. Entretanto, esta modernização da mecanização agrícola ocorreu por meio do uso contínuo e sucessivo de equipamentos grandes e pesados, causando degradação física do solo pelo tráfego agrícola. Estes efeitos são ainda mais intensos em sistemas agrícolas altamente mecanizados, como o da cana-de-açúcar. Neste contexto, o Brasil tem se destacado, por ser o maior produtor mundial de cana-de- açúcar com aproximadamente 40% da produção global, totalizando mais de 10 milhões de ha de produção. Todavia, os canaviais brasileiros tem apresentado sérios problemas com compactação do solo, devido as tensões induzidas no solo pelo maquinário agrícola. Assim, é necessário compreender o grau de compactação para se buscar formas de mensurar e mitigar a compactação do solo. Amparado nisso, nesta pesquisa foi avaliado o grau de compactação do solo, bem como, foi utilizado um sensor de indução eletromagnética para identificação de compactação do solo, ambos em áreas de cultivo de cana-de-açúcar. O estudo foi realizado em oito locais na região centro-sul do Brasil, em solos com textura variando de franco arenoso a muito argiloso. Em cada área avaliou-se a densidade máxima do solo (Dsmáx), umidade crítica do solo (Ucr), grau de compactação do solo (GC) através do Ensaio de Proctor normal, e parâmetros físicos tradicionais com amostras indeformadas (densidade do solo atual (Ds), porosidade total do solo (Pt), resistência do solo a penetração na capacidade de campo (RPl)). No campo foi realizado avaliação visual da estrutura do solo (VESS) e resistência do solo a penetração (RPc). Além disso, foi realizado o mapeamento do solo para o diagnóstico do grau de compactação via sensor de indução eletromagnética de condutividade elétrica aparente do solo. No Capitulo 1, os resultados demonstraram que a Dsmáx aumenta em solos com baixos teores de argila. O conteúdo de água no solo necessário para chegar ao ponto de máxima compactação do solo é maior para teores de argila maiores. O manejo do cultivo de cana-de-açúcar está degradando a qualidade física do solo, independente da textura ou ciclo da cultura. Devido a compactação do solo as densidades encontradas foram maiores que as densidades referências encontradas pelo ensaio de Proctor normal, tal situação resultou em GC maiores de 100%, mostrou que o aumento e intensificação de máquinas agrícolas, a densidade tem sido severamente afetada. A densidade de referência obtida por Proctor normal precisa ser revista para o atual cenário de tráfegos agrícolas. No capítulo 2, os métodos tradicionais não apontaram discriminação das zonas de compactação, diferindo dos resultados do sensor eletromagnético com base na CEa do solo, que discriminou diferentes regiões de compactação. Conclui-se que necessita novos estudos sob estados de compactação do solo em ambiente controlado. Necessita-se estudar fatores adicionais que alteram a CEa para obter melhores respostas.Agricultural mechanization has transformed sugarcane cultivation in recent decades, and has contributed to increasing efficiency and expanding cultivation. However, this modernization of agricultural mechanization occurred through the continuous and successive use of large and heavy equipment, causing physical degradation of the soil by agricultural traffic. These effects are even more intense in highly mechanized agricultural systems, such as sugarcane. In this context, Brazil has stood out as the world’s largest producer of sugarcane with approximately 40% of global production, totaling more than 10 million ha of production. However, Brazilian sugarcane plantations have presented serious problems with soil compaction, due to the tensions induced in the soil by agricultural machinery. Thus, it is necessary to understand the degree of compaction to find ways to measure and mitigate soil compaction. Based on this, in this research the degree of soil compaction was evaluated, as well as an electromagnetic induction sensor was used to identify soil compaction, both in sugarcane cultivation areas. The study was carried out at eight sites in the central-south region of Brazil, in soils with textures ranging from sandy loam to very clayey. In each area, maximum soil density (Dsmax), critical soil moisture (Ucr), soil compaction degree (GC) were evaluated through the normal Proctor test, and traditional physical parameters with undisturbed samples (current soil density (Ds), total soil porosity (Pt), soil penetration resistance at field capacity (RPl)). In the field, a visual assessment of soil structure (VESS) and soil penetration resistance (RPc) was carried out. In addition, soil mapping was carried out to diagnose the degree of compaction via an electromagnetic induction sensor for the apparent electrical conductivity of the soil. In Chapter 1, the results showed that Dsmax increases in soils with low clay contents. The soil water content required to reach the maximum soil compaction point is higher for higher clay contents. The management of sugarcane cultivation is degrading the physical quality of the soil, regardless of the texture or cycle of the crop. Due to soil compaction, the densities found were higher than the reference densities found by the normal Proctor test, this situation resulted in GC greater than 100%, showing that the increase and intensification of agricultural machinery, the density has been severely affected. The reference density obtained by normal Proctor needs to be revised for the current agricultural traffic scenario. In chapter 2, the traditional methods did not show discrimination of the compaction zones, differing from the results of the electromagnetic sensor based on the ECa of the soil, which discriminated different regions of compaction. It is concluded that further studies are needed under soil compaction states in a controlled environment. It is necessary to study additional factors that alter the ECa to obtain better answers