Imagens microtomográficas e simulação computacional na análise do sistema poroso do solo

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Oliveira, Jocenei Antonio Teodoro de
• Orientador(a): Pires, Luiz Fernando
• Banca de defesa: Wolf, Fabiano Gilberto, La Guardia, Giuliano Gadioli, Pinto, Maria Ligia Cassol Pinto, Correchel, Vladia
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual de Ponta Grossa
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciências
• Departamento: Departamento de Física
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Sistema poroso do solo; Simulação computacional em imagens μTC; Propriedades físicas do solo; Geometria fractal e multifractal 3D; Retenção de água no solo; Porous soil system; Computer simulation in μCT images; Physical properties of the soil; 3D fractal and multifractal geometry; Soil water retention
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
• Link de acesso: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3341

Solos representam sistemas complexos e dinâmicos em seu estado natural ou de não perturbação, como aqueles encontrados em áreas de mata nativa ou floresta secundária. Ao serem destinados para fins agrícolas, os solos passam por práticas de preparo intensivas e não intensivas, além de estarem sujeitos a processos climáticos e irrigações contínuas, os quais causam ciclos de umedecimento e secamento (U-S). Os diferentes sistemas de preparo e aplicação de ciclos de U-S ocasionam modificações principalmente na escala micrométrica, e, assim, abordagens fractais e multifractais podem ser usadas no entendimento e compreensão de sistemas complexos. Inicialmente neste estudo usou-se um algoritmo computacional baseado na técnica de porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM) para obtenção de curvas de distribuição de tamanho de poros (CDP) via análise de imagens microtomográficas (TC) de um Latossolo Vermelho Distrófico submetido a diferentes práticas de preparo (plantio convencional - PC, plantio cultivo mínimo - PM e plantio direto - PD) e área sob floresta secundária (F) como referência. As CDPs também foram comparadas e complementadas com as obtidas pelo método tradicional baseada na curva de retenção de água (CR) por meio da primeira derivada do modelo matemático de interpolação da CR. O mesmo algoritmo foi ainda usado no processo inverso como metodologia alternativa na aquisição das CRs. Os resultados mostraram que PC e PM apresentaram alterações significativas nas CDPs perante a F e PD, e em ambos os métodos as porosidades de PC e PD foram as que mais sofreram modificações, principalmente pelo aumento de poros de transmissão (<500 m). As CRs determinadas pelo método tradicional e aquelas baseadas no algoritmo computacional mostraram-se concordantes, revelando que o último pode ser usado para medidas representativas baseadas em imagens de propriedades de retenção de água por sistemas porosos. Os resultados das análises dos efeitos dos ciclos U-S nas CDPs, também obtidas pelo algoritmo baseado na PIM, revelaram que tais ciclos alteraram as porosidades e funcionalidades dos poros por distribuição de seus tamanhos para todos os preparos. O PM foi o preparo que mais sofreu mudanças significativas nas funcionalidades de seus poros, onde uma grande porção dos poros de transmissão foram convertidos em fissuras. O principal resultado obtido na comparação dos preparos indica que conforme o preparo adotado, o solo irá reagir de maneira distinta aos ciclos U-S. Finalizando, as abordagens fractais e multifractais como as de lacunaridades, dimensões fractais generalizadas (Dqs), espectros multifractais e entropias em três dimensões (3D) em conjunto com os parâmetros geométricos de conectividade e tortuosidade dos poros, permitiram mostrar que as práticas de preparo se separaram em dois grupos, os quais apresentaram grande auto similaridade ou proximidade em suas características porosas (F com PD e PM com PC). Altas relações lineares foram constatadas entre as lacunaridades 3D, Dqs e entropias com as porosidades. Variabilidades espaciais das distribuições de tamanhos de poros dos preparos e F foram confirmadas pelas lacunaridades 3D, Dqs e graus de assimetrias advindos dos espectros multifractais. Deste modo, evidenciou-se a potencialidade e sensibilidade da abordagem multifractal 3D para caracterização e diferenciação de espaços porosos dinâmicos e complexos, como é o caso do solo.