Modelagem do transporte de nitrogênio no solo considerando os processos de mineralização da matéria orgânica e da nitrificação do amônio

Abstract

Grande atenção tem sido dada aos impactos no ambiente e à saúde humana causados pelo uso inadequado de fertilizantes químicos na agricultura. Esses produtos, após sua aplicação, alcançam o solo onde processos de natureza física, química e ou biológica determinarão o destino destes produtos no ambiente. Adubações nitrogenadas, bastante comum e necessária às plantas, podem disponibilizar o N-NO 3- que, devido a sua a alta mobilidade no solo, podem atingir águas superficiais e subterrâneas, favorecendo eutrofização das mesmas. A compreensão dos processos de transformações biológicas do nitrogênio (mineralização e nitrificação), de forma conjunta, é fundamental para o entendimento da dinâmica do nitrogênio no solo, não só do ponto de vista da fisiologia da planta e fertilidade do solo bem como do ponto de vista ambiental. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo de mineralização da matéria orgânica e de nitrificação do amônio e incorporá-lo ao modelo transporte de soluto no solo (SIMASS_C), bem como simular as concentrações e a distribuição de nitrato e amônio no perfil do solo considerando o efeito da temperatura e umidade do solo. A pesquisa foi conduzida em duas etapas. A primeira etapa constou da formulação matemática e elaboração da rotina computacional do modelo, em linguagem Delphi 7.0. Na segunda etapa, foi conduzido um experimento em câmaras de incubação, para dois solos, na qual amostras destes solos foram incubadas ao longo do tempo para, posteriormente, parametrizar os modelos de mineralização e nitrificação. Outro experimento, em colunas de solo, também foi realizado para testar o modelo de transporte de água e solutos no solo. O modelo exponencial apresentou bom ajuste aos dados de mineralização e nitrificação. Utilizando-se o modelo foi possível prever a tendência do movimento vertical do nitrato e amônio bem como a distribuição do perfil de umidade em colunas de solo não saturado. A inclusão do processo de mineralização e nitrificação no modelo SIMASS_C resultou numa melhoria na estimativa da concentração de nitrato e amônio no solo. O modelo de temperatura permitiu estimar a temperatura no perfil do solo e ao longo do tempo com boa precisão.

It has been given a big regard to the impacts in the environment and human health caused by the inappropriate application of chemical fertilizers in the agriculture. After its application, those products reach the soil, where physical, chemistry and or biological processes will determine its fate on the ambient. The fertilizer with nitrogen are very usual and necessary to the plants because it can provide N-NO 3- , however, due its high mobility in the soil, it can reachs superficial and underground waters, stimulating water eutrofication. The comprehension of the biological processes transformations of the nitrogen (mineralization and nitrification), in an whole way, is fundamental for the understanding of the dynamics of the nitrogen in the soil, not only of the point of view of the plant physiology and soil fertility as well as of the environmental point of view. The objective of this work was to develop a model of organic matter mineralization and the ammonium nitrification and include then into the solute transport model in the soil (SIMASS_C), as well as to simulate the concentrations and distribution of nitrate and ammonium in the soil profile considering the temperature and humidity effect of the soil. The research was happened in two periods. The first stage consisted of the mathematical formulation and elaboration of the computational routine model, in Delphi 7.0 language. The second stage, an experiment was led in incubation cameras, for two soils, which samples of these soils were incubated along the time, and later, it were fitted the parameters of the mineralization and nitrification models. In soil columns, another experiment was accomplished to test the model the water and soil solutes transport. The exponential model gave good fitting to the mineralization and nitrification data. It was possible to estimate the vertical movement of the nitrate and ammonium as well as the profile distribution moisture, in not saturated soil columns, with good results. The incorporation of the mineralization and nitrification processes in the model SIMASS_C resulted in an improvement in the estimate of the nitrate and ammonium concentration in the soil. The temperature model allowed to estimate temperature soil profile with good precision.