Sensor de medidas elétricas e sua correlação com a textura do solo
Victor George Celinski1, Rafael Weckerlin 2, Guilherme Matheus Biscaia1
1
Departamento de Informática, Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa,
Paraná, Brasil, [email protected], [email protected]
2
Departamento de Informática, Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa,
Paraná, Brasil, [email protected]
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo o estudo da agricultura de precisão, buscando alternativas de
baixo custo. Devido aos grandes impactos ambientais que o manejo incorreto causa ao solo, a
definição de áreas de produção utilizando ferramentas como sensores de condutividade
elétrica do solo ajudam a realizar uma análise mais rápida do tipo do solo e auxiliaram na
decisão a ser tomada para correção do solo. Para as leituras da resistência e capacitância
elétrica do solo, foi utilizado o sensor da Octopus Soil Humidity modificado, com os
multímetros digital e analógico. A partir das leituras, foram realizadas correlações com os
atributos do solo (areia, silte, argila). Os resultados se mostraram satisfatórios principalmente
com a utilização do multímetro analógico, que mostrou uma forte correlação da leitura de
resistência elétrica com os atributos solo, areia e argila.
PALAVRAS-CHAVE: Atributos do Solo, Condutividade Elétrica, Correção do Solo.
ABSTRACT
This work aims to study the precision agriculture, seeking low-cost alternatives. Due to major
environmental impacts that mismanagement causes the ground, the definition of production
areas using tools such as electrical conductivity sensor soil help perform faster analysis of soil
type and assist in the decision to be taken for soil correction. For the determination of strength
and electrical ground capacitance, it was used of the Octopus Soil Humidity sensor modified
with multimeters digital and analogue. From the readings, were performed correlations with
the attributes of soil (sand, silt, clay). The results were particularly satisfactory with the use of
the analog meter, which showed a strong correlation between the electrical resistance reading
with sand and clay soil attributes.
KEYWORDS: Soil Attributes, Electrical Conductivity, Soil Correction.
INTRODUÇÃO
A variabilidade espacial dos atributos do solo, a produtividade, a fertilidade, a condutividade
elétrica e outros fatores podem ser medidos e registrados e o conhecimento destes dados pode
ser usado para tomar decisões nas aplicações químicas em cada ponto da área cultivada, e não
mais pela média simples da área total.
Para Grego et al. (2006), a investigação de possíveis causas da variabilidade espacial
encontrada nos resultados de produtividade das culturas tem sido atribuída aos fatores de solo,
como as propriedades físicas e químicas. Entretanto, estas são obtidas por amostragens que,
na maioria, exigem alta demanda de mão-de-obra, de tempo e de custo. A condutividade
elétrica do solo tem chamado a atenção, principalmente, por ser obtida através de métodos
eficientes e rápidos como pelos sensores de contato direto com o solo. Também na pesquisa
de Barreto et al. (2012), verificaram que os sais presentes na solução do solo podem ser
avaliados pela condutividade elétrica do solo. Entretanto, estas são obtidas por amostragens
analisadas em laboratório que, na maioria, exigem alta demanda de mão-de-obra, tempo e
custo.
Os diversos sistemas de medição das características do solo são baseados em circuitos
elétricos e usados para determinar a habilidade de determinados meios de conduzir ou
acumular a carga elétrica. Se o solo for usado como tal meio, suas características físicas e
químicas podem afetar o comportamento do circuito e, assim, os parâmetros elétricos medidos
Adamchuka (2004). A medida de condutividade elétrica aparente do solo vem sendo muito
usada e se tornando uma importante ferramenta para a prévia avaliação da área a ser estudada,
facilitando as definições das zonas de manejo conforme Rabello et al. (2014). Salton et al.
(2011), verificaram que as utilizações das medidas de condutividade elétrica do solo poderão
auxiliar a identificação e delimitação de áreas homogêneas do solo com prévio conhecimento
do histórico de manejo da área.
Oliveira e Benites (2011) realizaram uma pesquisa sobre a variabilidade do solo como
uma oportunidade da agricultura de precisão, tendo como objetivo caracterizar a variabilidade
espacial por técnicas quantitativas e com isso obter informações que ajudem nas decisões para
ter um sistema produtivo. No estudo, eles ainda ressaltam que a condutividade elétrica do solo
é uma ferramenta importante na interpretação da variação espacial terreno e no suporte a
esquemas otimizados de amostragem do solo.
Para Cruz et al. (2014) o conhecimento dos níveis de condutividade elétrica do solo,
determinada sem limitação de densidade amostral, permite correlacionar com outros
parâmetros do solo onde sua variação espacial e temporal pode ser atribuída às variações de
umidade, teor de argila, de sais dissolvidos no solo, matéria orgânica, entre outros. Rocha et
al. (2011), mostraram em sua pesquisa o potencial da utilização de um medidor portátil de
condutividade elétrica do solo como ferramenta auxiliar na caracterização dos solos.
Como a medida elétrica do solo realizada com sensores de contato direto com solo tem
sido utilizada como variáveis que se correlacionam com as características do solo, os
objetivos da pesquisa foram modificar eletricamente o sensor Octopus Soil Humidity utilizado
comercialmente para medidas de umidade do solo, adaptar, avaliar seu desempenho e
verificar a correlação entre as leituras de resistência e capacitância elétrica do solo utilizando
o sensor modificado com alguns atributos físicos do solo (areia, silte e argila).
MATERIAL E MÉTODOS
O sensor da Octopus Soil Humidity utilizado comercialmente para medidas de umidade do
solo foi modificado eletricamente para atender a metodologia proposta para o
desenvolvimento do trabalho conforme a Figura 1.
Figura 1- Sensor de Umidade Octopus modificado
Fonte: (OS AUTORES, 2015).
Na sua forma padrão, este sensor utiliza as duas sondas para passar corrente elétrica
através do solo e, em seguida, ler a tensão do solo para obter o nível de umidade. É um sensor
simples, de baixo custo e eficiente do tipo resistivo. Para que esse sensor fosse usado para
leitura da resistência e capacitância elétrica do solo, foi necessária uma adaptação no circuito
elétrico do mesmo. As duas hastes foram ligadas diretamente na saída do sensor, onde cada
face do sensor (frente e verso) representa uma polaridade (positivo e negativo) do circuito
elétrico do sistema.
A coleta de amostras do solo foi realizada em uma gleba da Fazenda Capão da Onça,
pertencente à Universidade Estadual de Ponta Grossa, numa área de plantio direto com
aproximadamente 3hectares, totalizando 30 amostras. A distância entre as amostras não foi
exatamente igual, mas a posição relativa de cada amostra foi georreferenciada.
Para analisar a correlação entre as leituras de resistência e capacitância elétricas
obtidas pelo sensor com os atributos físicos do solo, foram utilizados os resultados das
amostras do solo analisados em laboratório. Uma parte das amostras foi utilizada para realizar
os testes com o sensor no Laboratório de Eletrônica da Universidade Estadual de Ponta
Grossa, e a outra parte das amostras de solo foram analisados os teores de areia, silte e argila
no Laboratório de Física do Solo da FCA-UNESP.
Os instrumentos de medidas para medir a resistência e capacitância elétrica das
amostras do solo foram utilizados: um multímetro analógico marca Minipa, modelo ET-2022
selecionado para operar como ohmímetro, e para medir a capacitância elétrica das amostras
do solo foi utilizado um multímetro digital marca CIE, modelo 5175XL selecionado para
operar como capacímetro, conforme a Figura 2.
Figura 2 - Medição da Resistência e Capacitância Elétrica
Fonte: (OS AUTORES, 2015)
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os coeficientes de correlação entre os dados envolvidos no estudo são apresentados nas
tabelas abaixo. Estas tabelas referem-se à correlação entre resistência e capacitância elétrica e
os atributos do solo: teores de areia, silte e argila utilizando o multímetro analógico para
medir resistência elétrica e multímetro digital para medir capacitância elétrica do solo. Na
tabela 1 são mostradas as correlações entre resistência elétrica e os atributos do solo: teores de
areia, silte e argila utilizando multímetro analógico.
Tabela 1 - Coeficientes de correlação da resistência elétrica em relação aos atributos do solo, utilizando
multímetro analógico.
Correlação de Pearson
Correlação - Linha tendência Polinomial/regressão 3ª Ordem
Correlação - Linha tendência Polinomial/regressão 6ª Ordem
Areia
0,25
0,77
0,86
Silte
0,10
0,36
0,42
Argila
0,27
0,81
0,85
Na Tabela 2 são apresentadas as correlações entre capacitância elétrica e os atributos
do solo: teores de areia, silte e argila utilizando o multímetro digital.
Tabela 2 - Coeficientes de correlação da capacitância elétrica em relação aos atributos do solo utilizando
multímetro digital.
Correlação de Pearson
Correlação - Linha tendência Polinomial/regressão 3ª Ordem
Correlação - Linha tendência Polinomial/regressão 6ª Ordem
Areia
0,10
0,40
0,59
Silte
0,22
0,42
0,52
Argila
0,06
0,39
0,59
A análise de correlação dos dados foi calculada utilizando o programa Microsoft
Office Excel 2007. Podemos observar que os resultados de correlação que demonstraram uma
forte correlação com areia e argila foram obtidos com o multímetro analógico. Em pesquisa
realizada por Mccutcheon et al. (2006), também se verificou o que foi observado no estudo
em referência. Ou seja, os resultados mostraram que as propriedades do solo medidas, tais
como areia e argila, tiveram respostas quase iguais, fortes correlações com a resistência
elétrica do solo. Celinski e Zimbach (2007) também usando um sensor de resistência elétrica
por contato com multímetro analógico verificaram valores de correlação com areia, silte e
argila, respectivamente, (0,63), (0,42) e (0,58), resultados próximos ao trabalho em questão.
Também se pode verificar, na literatura, que a condutividade elétrica medida por
sensor de contato reflete adequadamente a variação nos teores de argila do solo sob plantio
direto, para uso na definição de zonas de manejo Machado et al. (2006). Também Morari et
al. (2009), verificaram em sua pesquisa existir uma dependência espacial entre a
condutividade elétrica do solo e as propriedades físicas do mesmo. Lezzi (2008), em seu
trabalho, testou a aplicabilidade do sensor de resistividade elétrica do solo em campo, e os
resultados evidenciaram que o sensor pode ser aplicado para medida de resistividade elétrica
do solo, porém, seu uso deve se limitar à avaliação de áreas onde o solo é mais arenoso e
pouco compactado. Também na pesquisa realizada por Rabello et al. (2014), verificaram que
a utilização do método da condutividade elétrica do solo através de ferramentas como as
utilizadas nesta pesquisa, visando à agricultura de precisão podem proporcionar um método
rápido e eficaz no levantamento de dados do solo.
CONCLUSÕES
O sensor Octopus Soil Humidity modificado eletricamente demonstrou capacidade para medir
a variação da resistência e capacitância elétrica do solo. A resistência elétrica do solo medida
pelo multímetro analógico correlacionou-se fortemente com os teores de argila e areia e
moderadamente com o teor de silte. Usando o multímetro digital, a capacitância elétrica do
solo correlacionou-se fracamente com os teores de areia, silte e argila. Assim foi verificada a
possibilidade de uso somente do sensor utilizando o multímetro analógico correlacionando-se
com a resistência elétrica do solo para verificar a textura do solo em áreas não homogêneas.
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