Three-dimensional interpolation of soil data: fertility and pedomorphological features in southern Brazil

Abstract

The graphical representation of spatial soil properties in a digital environment is complex because it requires a conversion of data collected in a discrete form onto a continuous surface. The objective of this study was to apply three-dimension techniques of interpolation and visualization on soil texture and fertility properties and establish relationships with pedogenetic factors and processes in a slope area. The GRASS Geographic Information System was used to generate three-dimensional models and ParaView software to visualize soil volumes. Samples of the A, AB, BA, and B horizons were collected in a regular 122-point grid in an area of 13 ha, in Pinhais, PR, in southern Brazil. Geoprocessing and graphic computing techniques were effective in identifying and delimiting soil volumes of distinct ranges of fertility properties confined within the soil matrix. Both three-dimensional interpolation and the visualization tool facilitated interpretation in a continuous space (volumes) of the cause-effect relationships between soil texture and fertility properties and pedological factors and processes, such as higher clay contents following the drainage lines of the area. The flattest part with more weathered soils (Oxisols) had the highest pH values and lower Al3+ concentrations. These techniques of data interpolation and visualization have great potential for use in diverse areas of soil science, such as identification of soil volumes occurring side-by-side but that exhibit different physical, chemical, and mineralogical conditions for plant root growth, and monitoring of plumes of organic and inorganic pollutants in soils and sediments, among other applications. The methodological details for interpolation and a three-dimensional view of soil data are presented here.

Análise da Variabilidade Espacial Horizontal e Vertical dos Atributos do Solo e sua Relevância para o Parque Natural Chico Mendes, SP

“…Nas profundidades 20-40 cm e 40-60 cm, os valores decresceram de forma significativa, apresentando uma saturação por bases muito baixa em todas as zonas analisadas, corroborando com a maior atividade dos processos químicos que acontecerem na camada arável do solo (Raij, 2011;Piedade et al, 2014).…”

“…Os autores analisaram dez mil perfis de solo em diversas condições ambientais, e obtiveram um resultado global no tocante à disponibilidade de nutrientes em um perfil vertical; nesse sentido, os autores constataram que os elementos mais facilmente ciclados pelas plantas são encontradas em maior quantidade no perfil superior do solo (0-20 cm). Ainda, os resultados demonstraram que a profundidade 0-20 cm é a camada que contém a maior quantidade de nutrientes do solo, sendo considerada por diversos autores a camada fértil e, portanto, a camada que contém a maior efetividade nas trocas dinâmicas entre o solo-vegetação (Liu et al, 2012;Piedade et al, 2014;. Por essa razão, a Figura 10 contempla os resultados da ACP nesta profundidade (0-20 cm).…”

“…Os atributos relacionados à matéria orgânica (M.O), ferro (Fe) e potássio (K) se correlacionaram fortemente com a porosidade do solo. A matéria orgânica possui uma elevada contribuição nos processos de agregação das partículas do solo, melhorando significativamente sua fertilidade (Raij, 2011;Piedade et al 2014;Wang et al, 2019). Ainda, foi possível verificar a maior correlação da M.O com a zona de mata conservada, corroborando com os estudos de Setälä et al (2016).…”

“…Estudos realizados por Prevedello et al (2013) avaliaram a hidrofobicidade, que consiste na repelência do solo sob cultivo de Pinus e Eucalyptus, e inferiram que essas espécies produzem determinadas substâncias, como ceras, óleos aromáticos e resinas, que potencializam o secamento do solo, portanto, esses fatores podem contribuir significativamente no aumento dos valores de densidade do solo. Ainda, estudos relacionaram a matéria orgânica com valores de densidade do solo (Pelissari et al, 2013;Suzuki et al, 2014).…”

“…O desenvolvimento de pesquisas que avaliem a distribuição espacial dos atributos solo pode trazer inúmeros benefícios, uma vez os solos, mesmo em áreas relativamente pequenas, podem apresentar uma significativa heterogeneidade espacial. De acordo com Piedade et al (2014), o conhecimento da distribuição espacial do solo, bem como os fatores que condicionantes que podem estar envolvidos nos processos de distribuição, possuem uma importância fundamental no tocante às pesquisas de recursos naturais, assim como na fomentação de estratégias de manejo do solo.…”