Resumo: O objetivo deste trabalho foi expressar a rugosidade do solo por meio de índices estatísticos, geoestatísticos e fractais, para compará-los e relacioná-los às perdas de solo e de água em diferentes condições experimentais. O estudo foi conduzido de 2012 a 2015, em Lages, SC, em delineamento inteiramente casualizado, com duas repetições. Foram analisados três tratamentos: T1, solo escarificado ao final do ciclo da cultura do azevém (Lolium multiflorum) após eliminação do resíduo cultural da parte aérea; T2, solo escarificado ao final do ciclo da cultura da ervilhaca (Vicia sativa) após eliminação do resíduo cultural da parte aérea; e T3, solo escarificado sem cultivo e sem cobertura. As leituras das alturas do microrrelevo foram obtidas com rugosímetro de varetas. A rugosidade do solo foi analisada por meio de índices estatísticos, geoestatísticos e fractais. A dimensão fractal e a distância de intersecção mostraram uma clara discriminação entre os tratamentos com cultivo. Há associação entre todos os índices, com exceção de R1, e as perdas de solo nos tratamentos com cultivo. Quanto às perdas de água, há associação apenas com o índice dimensão fractal e somente no tratamento sem cultivo.

Abstract: The objective of this work was to express soil roughness through statistical, geostatistical, and fractal indexes, comparing and relating them to soil and water losses in different experimental conditions. The study was conducted from 2012 to 2015, in the municipality of Lages, in the state of Santa Catarina, Brazil, in a completely randomized design with two replicates. Three treatments were evaluated: T1, scarified soil at the end of the ryegrass (Lolium multiflorum) crop cycle after removal of the shoot residue; T2, scarified soil at the end of the vetch (Vicia sativa) crop cycle after removal of the shoot residue; and T3, scarified soil without cultivation and without cover. The heights of the microrelief were read with a surface roughness tester with rods. Soil roughness was analyzed through the statistical, geostatistical, and fractal indexes. The fractal dimension and intersection distance showed a clear difference between the treatments with cultivation. All indexes, except R1, are associated with soil losses in the treatments with cultivation. As for water losses, there is only an association with the fractal dimension index and only in the treatment without cultivation.

RESUMO O preparo mecânico do solo é uma das operações mais importantes de manejo na fase inicial de desenvolvimento das florestas plantadas, pois afeta alguns processos do ciclo hidrológico e a erosão hídrica, sendo, por isso, importante o conhecimento dessas variáveis. Com o presente trabalho objetivou-se quantificar as perdas de água e solo por erosão hídrica pluvial, entre o segundo e o terceiro ano de cultivo do Eucalyptus benthamii, em um experimento situado no Sul do Brasil, sobre um Cambissolo Húmico alumínico léptico, em três tratamentos de preparo do solo: i) preparo com subsolagem a favor do declive; ii) preparo com subsolagem em contorno ao declive; iii) preparo em covas com coveador manual. As parcelas tinham dimensão de 12 x 24 m, com o maior comprimento no sentido do declive, monitoradas por tanques colocados ao seu final para coleta da enxurrada. A medição do volume e a coleta de amostras da enxurrada para posterior cálculo de perdas de água e solo foi realizada semanalmente, correspondendo às chuvas acumuladas na semana. O preparo do solo a favor do declive apresentou perdas de água e solo maiores do que em contorno e em covas, cuja diferença foi 25 % para as perdas de água e 53 % para as perdas de solo. O crescimento das plantas ocasionou sensível diminuição do escoamento superficial, evidenciando que o reflorestamento, nas condições experimentais, pode controlar a erosão hídrica. As perdas de solo por erosão hídrica foram influenciadas em magnitude maior do que as perdas de água, independentemente do sistema de preparo do solo e da forma de plantio de Eucaliptus benthamii.

ABSTRACT Soil tillage influences the development of forests planted in the initial phase, which affects some hydrological processes and water erosion. The objective of this study was to quantify the water losses (WL) and soil losses (SL) by water erosion, between the second and third years of eucalyptus (Eucalyptus benthamii) crop, in an experiment located in southern Brazil, on a Humic Dystrudept. Was study three soil tillage treatments: i) subsoiling in downslope direction (SD); ii) subsoiling in contour on the slope (SC); iii) manual holes (MH). The plots had a dimension of 12 x 24 m, being the slope-wise length the greatest, monitored by tanks placed at the lower end for runoff collection. Runoff volume measurement and sampling for subsequent calculation of WL and SL was carried out weekly, corresponding to the rains accumulated during the week. The crop of eucalyptus in SD treatment, weakened the soil as to the water erosion in relation to the crop made in SC and in MH; the difference was 25% for the WL and 53% for the SL. Eucalyptus reforestation played an important role in the control of water erosion, regardless of the type of soil tillage. The SL due to water erosion were more influenced than the WL, regardless of the type of soil crop used. WL and SL are related to each other and to rainfall height in positive linear relationship, regardless of the type of soil preparation used for eucalyptus planting.

ABSTRACT Water erosion and contamination of water resources are influenced by concentration and diameter of sediments in runoff. This study aimed to quantify runoff velocity and concentration and the D50 index of sediments in runoff under different soil surface managements, in the following treatments: i) cropped systems: no-tilled soil covered by ryegrass (Lolium multiflorum Lam.) residue, with high soil cover and minimal roughness (HCR); no tilled soil covered by vetch (Vicia sativa L.) residue, with high soil cover and minimal roughness (HCV); chiseled soil after ryegrass crop removing the above-ground residues and keeping only the root system, with high roughness (HRR); chiseled soil after vetch crop removing the above-ground residues and keeping only the root system, with high roughness (HRV); ii) bare and chiseled soil, with high roughness (BHR). The research was conducted on a Humic Dystrupept under simulated rainfall. The design was completely randomized and each treatment was replicated twice. Eight rainfall events of controlled intensity (65 mm h−1) were applied to each treatment for 90 minutes. The D50 index, runoff velocity and sediment concentration were influenced by crop and soil management. Runoff velocity was more intensely reduced by cover crop residues than by surface roughness. Regardless of surface condition, the D50 index and concentration of sediment in runoff were lower under ryegrass than vetch crop. Runoff velocity and the D50 index were exponentially and inversely correlated with soil cover by residues and with surface roughness, while the D50 index was positively and exponentially correlated with runoff velocity.

A cobertura do solo por resíduos culturais dissipa a energia cinética das gotas de chuva, enquanto a rugosidade superficial dissipa a energia cinética da enxurrada; por isso, ambas armazenam água e retêm sedimentos na superfície, diminuindo a erosão hídrica. O objetivo deste estudo foi determinar a persistência e a influência dos resíduos culturais e da rugosidade superficial em solo cultivado nas perdas de solo e água, comparando ao solo sem cultivo e descoberto, nos seguintes tratamentos: solo cultivado - coberto por resíduos de azevém (Lolium multiflorum), com rugosidade mínima (SRA); coberto por resíduos de ervilhaca (Vicia sativa), com rugosidade mínima (SRE); escarificado após o cultivo de azevém sem os resíduos culturais da parte aérea e mantendo-se apenas as raízes da cultura, com rugosidade alta (SEA); escarificado após o cultivo de ervilhaca sem os resíduos culturais da parte aérea e mantendo-se apenas as raízes da cultura, com rugosidade alta (SEE); e solo sem cultivo: sem cobertura, escarificado, com rugosidade alta (SDE). O experimento foi desenvolvido entre maio de 2011 e dezembro de 2012, em parcelas com 11 m de comprimento no sentido do declive por 3,5 m de largura. Sobre os tratamentos, aplicaram-se oito testes de chuva simulada, em oito datas distintas, com chuvas de 90 min de duração e 65 mm h-1 de intensidade constante, utilizando- se um simulador de chuva com braços rotativos do tipo empuxo. A massa de resíduos e a rugosidade diminuíram ao longo do tempo, principalmente nos tratamentos com ervilhaca, com maior decréscimo na primeira chuva para a rugosidade e na segunda, para o resíduo. O cultivo diminuiu as perdas de solo em relação ao solo sem cultivo, independentemente das condições de superfície. Os resíduos de azevém e ervilhaca reduziram as perdas de solo em relação aos tratamentos escarificados; já o resíduo de azevém reduz as perdas em relação ao de ervilhaca, independentemente do manejo do solo. As perdas de solo aumentam com o tempo sob cultivo do solo, principalmente com escarificação. As perdas de água apresentam a mesma tendência das perdas de solo, porém com menores diferenças entre tratamentos.

The soil cover by crop residues dissipates the kinetic energy of raindrops, while, the surface roughness dissipates the kinetic energy of runoff, therefore, both store water and retain sediments on surface, decreasing water erosion. The objective of this study was to determine the persistence and the influence of crop residues and surface roughness in cultivated soil on soil and water losses, compared to bare and uncovered soil under the following treatments: i) cultivated soil: covered by ryegrass mulch (Lolium multiflorum), with minimal roughness (RMC); covered by vetch mulch (Vicia sativa), with minimal roughness (VMC); chiseled after ryegrass cultivation in the absence of residues above-ground crop and presence of plant roots, with high roughness (RHR); chiseled after the vetch cultivation in the absence of above-ground crop residues and presence of plant roots, with high roughness (RHV); ii) bare soil: uncovered, chiseled, with high roughness (RHU). The experiment was carried out from May 2011, to December 2012, in experimental plots of 38.5 m² (11 m along the slope and 3.5 m width). In these treatments, eight simulated rainfall testes were applied, with 90 min of duration and planned to a constant rain intensity of 65 mm h-1 , using a rotating boom simulator rainfall moved by hydraulic thrust. The residue mass and the surface soil roughness decrease over time, especially in the vetch treatments, with more intense decrease in soil roughness in the first simulated rainfall test and in residues mass in the second rainfall test. The cultivation decreases soil losses relative to bare chiseled soil, independent of the surface conditions. Ryegrass and vetch residues reduce soil losses relative to chiseled treatments, and ryegrass reduces soil losses relative to vetch, independent of the soil management. The cultivated treatments show increasing soil loss during the time, mainly when soil was chiseled. The water losses by runoff follow the same tendency of soil losses, however, with lower differences between treatments.

Dados de perdas de água e solo obtidos em estudos de erosão hídrica são necessários nos planos de conservação do solo. Mesmo com o advento do sistema de semeadura direta, difundido no Brasil a partir dos anos de 1970, ainda se fazem necessárias práticas conservacionistas para o efetivo controle da erosão hídrica, como o uso do cultivo em contorno e o terraceamento, especialmente em regiões com altos volumes de chuva. Outra opção para o controle da erosão é o uso de culturas protecionistas do solo. O objetivo deste trabalho consistiu em quantificar as perdas de água e solo por erosão hídrica, em um solo cultivado com soja e milho sob semeadura direta, nas direções da pendente e em contorno ao declive. O experimento foi realizado em um Cambissolo Húmico alumínico léptico, no período de 2010-2011, sob a aplicação de quatro testes de chuva simulada. Estudaram-se cinco tratamentos, com duas repetições, sendo eles: semeadura de soja no sentido do declive (SD); semeadura de soja no sentido da curva de nível (SC); semeadura de milho no sentido do declive (MD); semeadura de milho no sentido da curva de nível (MC); e testemunha - solo sem cultivo e descoberto (T). Os cultivos foram implantados sobre resíduo cultural de trigo, no sistema de semeadura direta. A semeadura da soja em contorno foi mais eficaz no controle das perdas de solo do que a semeadura dessa no sentido do declive. A cultura do milho foi mais eficaz no controle das perdas de solo do que a soja, independentemente da forma de semeadura, e ambas foram mais eficazes do que a testemunha. As perdas de água foram influenciadas apenas pela forma de semeadura e relacionaram-se negativamente com a umidade do solo antes do início das chuvas e com o tempo de início da enxurrada.

Soil and water loss data from rainfall erosion studies are fundamental for the planning of soil conservation. Despite the implantation of no-tillage systems, introduced in the 1970s, conservation practices, e.g., contour cropping and terracing, are still required for an effective control of rainfall erosion, especially in areas with high rainfall amounts. Another alternative for erosion control is the planting of cover crops for soil protection. The objective of this study was to quantify water and soil losses by rainfall erosion from a soil under no-tillage soybean and maize, sown along and perpendicularly to the slope contour lines. The experiment was conducted on an Inceptisol, in the 2010/2011 growing season, with application of four simulated rainfall tests. There were five treatments, in two replications: soybean sown perpendicularly to the contour lines (SD); soybean along the contour lines (SC); maize perpendicular to the contour lines (MD); maize along the contour lines (MC); and control - no crop and bare soil (T). The crops were planted on wheat crop residues in the no tillage system. Soybean along the contour lines was more effective in controlling soil loss than soybean perpendicular to the contour. Maize was more effective in controlling soil loss than soybean, regardless of the form of seeding, and both were more effective than the control. Water losses were only influenced by the form of sowing and negatively correlated with soil moisture before the onset of the rains and the beginning of runoff.

Nos preparos conservacionistas de solo, a eficácia dos resíduos culturais na redução da erosão hídrica diminui se os resíduos forem transportados pela enxurrada e, ou, se esta sulcar o solo. A esse fenômeno denomina-se falha dos resíduos, caracterizando a existência de comprimento crítico de declive, ou seja, estabelece a distância no terreno a partir da qual a enxurrada adquire tensão cisalhante suficiente para superar a resistência do resíduo ao transporte e, ou, a resistência do solo ao sulcamento. O objetivo deste trabalho foi averiguar a existência de comprimentos críticos de declive em duas direções de semeadura direta, sob diferentes tipos e doses de resíduos culturais. O trabalho foi desenvolvido em campo, entre maio de 2009 e maio de 2011, sobre um Nitossolo Bruno aluminoférrico húmico, em São José do Cerrito (SC), usando unidades experimentais com dimensões de 3,5 x 11 m, com declividade média de 0,144 m m-1. Foram testadas as formas de execução de semeadura no sentido transversal (em contorno) e paralelo ao declive (na pendente), sobre os resíduos culturais de milho (Zea mays), trigo (Triticum aestivum) e soja (Glycine max), nas doses de 50 e 100 % dos resíduos produzidos. Foram realizados testes de chuva simulada, com o uso de simulador de chuva de braços rotativos, na intensidade de chuva planejada de 65 mm h-1 e com duração de 90 min cada um - tempo esse necessário para se obter a taxa constante de enxurrada. Ao final dos 90 min de chuva, sem desligar o aparelho simulador de chuva, foram aplicados níveis crescentes de fluxo extra de água limpa na cabeceira das parcelas, simulando a enxurrada provinda de declives mais longos. Para identificação da falha dos resíduos, utilizou-se a teoria de erosão, efetuando as relações entre taxa de erosão (Dp) x taxa de enxurrada (q m) e concentração de sedimentos na enxurrada (C) x taxa de enxurrada (q m). Detectou-se comprimento crítico de declive em todos os tratamentos; de modo geral, a semeadura direta em contorno e a dose maior dos resíduos de milho, trigo e soja aumentaram o comprimento crítico de declive em relação à semeadura direta na direção da pendente e à menor dose de resíduos, respectivamente. Esses comprimentos variaram de 35 a 155 m. Da teoria de erosão, o ponto de falha foi mais bem identificado analisando conjuntamente as relações Dp x q m e C x q m.

Under conservation tillage systems, the effectiveness of crop residues in reducing water erosion decreases if the mulch is carried away by runoff and/or if the runoff furrows the soil. This phenomenon is called mulch failure, characterizing the critical slope length, i.e., the distance on the ground after which the runoff shear stress is sufficient to overcome the resistance of the mulch to be carried away and/or the resistance of the soil to furrowing. The objective of this study was to define critical slope lengths in two sowing directions under different types and doses of crop residues, under no-tillage. The field work was conducted from May 2009 to May 2011, on a Nitosol (Alfisol) in São José do Cerrito, Santa Catarina, Brazil, in experimental units (3.5 x 11 m) with a mean slope of 0.144 m m-1. Transverse (contour) and parallel sowing directions (up-and-down) to the slope were tested using maize (Zea mays), wheat (Triticum aestivum) and soybean (Glycine max) mulches at doses of 50 and 100% of the total residue produced. During the research, rainfall was simulated using a rotating-boom rainfall simulator, with a rain intensity of 65 mm h-1 in 90 min, which was the time required until the runoff rate became constant. At the end of 90 min of rain, without disconnecting the rainfall simulator, increasing levels of extra flow of clean water were applied at the upper part of the plots, simulating additional runoff from longer slopes. The mulch failure was evaluated based on the theory of erosion, using the relationship between erosion rate (Dp) x runoff rate (q m) and sediment concentration in runoff (C) x runoff rate (q m). In all treatments the critical slope lengths were determined, and, in general, contour sowing and higher amounts of crop residues increased the critical slope length in relation to the up-and-down sowing and the lowest residue dose, respectively. These critical lengths ranged from 35 to 155 m. The point of failure of the theory of erosion was best identified by a combined analysis of the relationships Dp x q m and C x q m.

A rugosidade superficial do solo é uma característica importante, pois influencia a infiltração e a armazenagem de água no solo, a retenção de sedimentos na superfície e a erosão hídrica. Por sua vez, a rugosidade é influenciada pelo preparo, umidade e compactação do solo, pelos resíduos culturais, pelo efeito residual do uso do solo e pela erosividade da chuva. Este trabalho teve o objetivo de quantificar o efeito do tipo de preparo, da compactação do solo e da erosividade da chuva sobre o índice de rugosidade superficial ao acaso modificado (RRM), em um experimento conduzido sob chuva natural em um Cambissolo Húmico Alumínico léptico, com declividade média de 0,03 m m-1, entre setembro e novembro de 2008, em Lages, SC, com os seguintes tratamentos: (1) superfície quase lisa em solo compactado (LIC); (2) superfície quase lisa em solo não compactado (LINC); (3) uma aração e duas gradagens em solo compactado (PCC); (4) uma aração e duas gradagens em solo não compactado (PCNC); (5) uma escarificação em solo compactado (ESC); e (6) uma escarificação em solo não compactado (ESNC). O microrrelevo do solo foi medido com rugosímetro mecânico de varetas, em seis oportunidades: imediatamente antes e imediatamente após instalar os tratamentos; e após a ocorrência de cada um dos valores de erosividade (EI30) da chuva: 136, 190, 630 e 265 MJ mm ha-1 h-1. O preparo do solo com aração e gradagens e com escarificação aumentou o índice RRM em relação a antes do preparo, tanto em solo não compactado quanto em solo compactado. O aumento desse índice foi de 3,72 vezes em aração e gradagens e de 3,88 vezes na escarificação, na média do solo compactado e não compactado. A compactação do solo aumentou o índice RRM, independentemente do tipo de preparo. No caso da aração e gradagens, o aumento nesse índice foi de 4,58 vezes no solo compactado e de 3,04 vezes no não compactado, logo após o preparo; em se tratando da escarificação, em solo compactado o aumento pelo preparo foi de 5,49 vezes e de 2,61 vezes no solo não compactado, também logo após o preparo. A erosividade da chuva diminuiu o índice RRM, independentemente do tipo de preparo e da compactação do solo, cuja relação foi descrita pelo modelo y = ae-bx.

Surface roughness is a relevant soil property in terms of its influence on soil water infiltration and storage, sediment retention on the soil surface, and water erosion. In turn, surface roughness is influenced by soil tillage, moisture, compaction, crop residues, residual effects of land use, and by rainfall erosivity. The purpose of this study was to quantify the effect of soil tillage type, soil compaction and rainfall erosivity on surface roughness. The experiment assessed an Inceptsol with a relatively flat slope (0.03 m m-1) under natural rainfall in Lages, Santa Catarina, Brazil, from September to November 2008, with the following treatments: 1) nearly smooth surface of compacted soil (SSC); 2) nearly smooth surface of uncompacted soil (SSNC); 3) tillage (plowing and two diskings) of compacted soil (SPC); 4) tillage (plowing and two diskings) of uncompacted soil (SPNC); 5) tillage (chiseling) of compacted soil (SCC); 6) tillage (chiseling) of uncompacted soil (SCNC). The micro-relief was determined with the contact styli of a rugosimeter six times: immediately before and immediately after treatment application; and after the occurrence of each of the following rainfall erosivity (EI30) values: 136; 190; 630; and 265 MJ mm ha-1 h-1. After tillage with plowing and disking and with chiseling the modified random roughness index was higher than before, in compacted and uncompacted soil. The random roughness was on average 3.72 times higher after plowing and disking and 3.88 times higher after chiseling, in compacted and uncompacted soil. The surface roughness index increased in the compacted soil, independently of the soil till type. In the case of plowing and disking, the increase was 4.58 times in the compacted and 3.04 times in uncompacted soil, immediately after tilling, while in the case of chiseling, the roughness index increased 5.49 times in the compacted and 2.61 times in the uncompacted soil, also immediately after tilling. Rainfall erosivity decreased the soil surface random roughness, independently of soil tillage and compaction; the relation was described by the model y = ae-bx.

Os campos nativos do sul do Brasil são utilizados para o pastejo de bovinos e ovinos. Após o verão, no início da estação fria, a fitomassa excedente do pastejo seca, sendo comum sua queima para facilitar o rebrote da pastagem na primavera. No entanto, a queima da fitomassa mineraliza nutrientes e deixa o solo descoberto, potencializando a erosão hídrica. Este trabalho teve o objetivo de quantificar as perdas totais de água e solo e os teores de P, K e NH4+ na água da enxurrada, em campo nativo sobre um Latossolo Bruno aluminoférrico típico. Foram estudados os tratamentos: campo nativo sem queima e sem adubo; campo nativo sem queima e com superfosfato triplo; campo nativo com queima e sem adubo; e campo nativo com queima e com superfosfato triplo. Sobre as parcelas, com 11 m de comprimento, na direção do declive, e 3,5 m de largura, aplicou-se uma chuva simulada com intensidade de 75 mm h-1 e duração de 3 h. A queima influenciou a erosão hídrica e as perdas de nutrientes. A queima da fitomassa do campo nativo diminuiu os tempos de início e pico da enxurrada e a infiltração de água no solo, bem como aumentou a taxa máxima de enxurrada, as perdas de água e solo por erosão hídrica e os teores e as perdas totais de P, K e NH4+ na água de enxurrada, em relação à ausência da queima. A concentração de sedimentos na enxurrada foi maior no tratamento com queima da fitomassa do que no sem queima. O maior e o menor valor da concentração de sedimentos ocorreram em menor tempo de duração do escoamento superficial no tratamento com queima do que no tratamento sem queima, contribuindo para que a perda total de solo fosse 8,9 vezes maior com a queima do que sem a queima do campo. O teor e a perda total de P na água da enxurrada foram maiores no tratamento com adubo fosfatado do que no tratamento sem adubo, tanto no tratamento com queima da fitomassa quanto no sem queima. Para o K e o NH4+, os teores e as perdas totais foram maiores no tratamento com queima do que no sem queima. O modelo exponencial do tipo y = ae-bx ajustou-se aos teores de P, K e NH4+ na água da enxurrada, em relação ao tempo de ocorrência do escoamento superficial (p < 0,01).

Native pastures in southern Brazil are used for cattle and sheep grazing. The forage offer in the spring-summer season is greater than the animal requirement, so the forage left over is usually burned. Pasture burning mineralizes nutrients and leaves the soil bare, triggering water erosion. This study aimed to quantify total soil and water losses and P, K and NH4+ contents in the runoff water from an Oxisol with native pasture. In the treatments, the native pastures, were i) unburned and unfertilized, ii) unburned and P-fertilized, iii) burned and unfertilized, and iv) burned and P-fertilized. Rain was simulated at an intensity of 75 mm h-1 and duration of 3 h on the plots (11 m long along the slope and 3.5 m wide). Burning of the native vegetation decreased the times until runoff began and peaked and reduced soil water infiltration, but increased the maximum runoff rate, soil and water losses by water erosion and the P, K and NH4+ concentration and total losses in the runoff water, compared to no burning. The runoff sediment concentration was higher in the treatment with vegetation burning than without. The highest and lowest values of sediment concentration were detected after a shorter runoff period in the treatment with vegetation burning than in that without, which is related to the 8.9 times higher total soil loss from burnt than from unburnt grassland. The P concentration and total loss in the runoff water were higher in the treatment with than without phosphate fertilizer, in the treatment with burning as well as that without. For K and the NH4+ , the concentration and total losses were higher in the treatment with burning than in that without. Phosphorus, K and NH4+ concentration in the runoff water fit the exponential model y = ae-bx in relation to runoff duration (p < 0.01).