A simple approach for obtaining unsaturated hydraulic conductivity based on the soil water content
Resumo
Knowledge of soil hydraulic conductivity is indispensable due to its application in studies of soil water dynamics, water balance, and irrigation management in crops that directly affect water and soil conservation. The objective of this study was to propose two alternatives for determining unsaturated hydraulic conductivity using existing methodologies in the literature based on the variation in soil moisture and water storage monitored using a moisture sensor in a drainage lysimeter and under field conditions. Two experiments were conducted, one in a drainage lysimeter and the other in the field at Embrapa Cassava and Fruit Farming, Cruz das Almas, Bahia State, Brazil. A comparison of moisture and storage variation between the proposed methodologies was carried out based on statistical coefficients. The methods based on moisture and storage variation in a layer estimated the unsaturated hydraulic conductivity with good accuracy compared to Hillel’s method. Hydraulic conductivity showed greater variation in the initial phase of water redistribution in the soil, either in the lysimeter test or in the field application after irrigation. The proposed methods based on moisture and storage variation can be applied to studies on soil water dynamics in the soil moisture profile using soil water sensors.
Downloads
Referências
Adhanom, G. T., Stirzaker, R. J., Lorentz, S. A., Annandale, J. G., & Steyn, J. M. (2012). Comparison of methods for determining unsaturated hydraulic conductivity in the wet range to evaluate the sensitivity of wetting front detectors. Water SA, 38(1), 67-76. https://doi.org/10.4314/wsa.v38i1.9
Alfaro Soto, M. A., Chang, H. H., & van Genuchten, M. T. (2017). Fractal-based models for the unsaturated soil hydraulic functions. Geoderma, 306, 144-151. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.07.019
Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., & Smith. (2006). Evapotranspiration del cultivo: guias para la determinación de los requerimientos de água de los cultivos. FAO. (Estudio FAO Riego y Drenaje, 56). https://www.fao.org/4/x0490s/x0490s00.htm
Brooks, R. H., & Corey, A. T. (1964). Hydraulic properties of porous media (Hydrology Paper, v. 3). Colorado State University. https://www.wipp.energy.gov
Conceição, B. S., Coelho, E. F., Martinez, M. A., Santana, J. A. V., Silva Junior, J. J., & Silva, A. J. P. (2017). Coeficiente de cultivo e extração de nitrato e potássio da bananeira prata Gorutuba. Irriga, 22(4), 832-846. https://doi.org/10.15809/irriga.2017v22n4p832-846
Gallage, C., Kodikara, J., & Uchimura, T. (2013). Laboratory measurement of hydraulic conductivity functions of two unsaturated sandy soils during drying and wetting processes. Soils and Foundations, 53(3), 417-430. https://doi.org/10.1016/j.sandf.2013.04.004
Ghanbarian, B., & Hunt, A. G. (2017). Improving unsaturated hydraulic conductivity estimation in soils via percolation theory. Geoderma, 303, 9-18. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.05.004
Ghiberto, P. J., & Moraes, S. O. (2011). Comparação de métodos de determinação da condutividade hidráulica em um Latossolo Vermelho-Amarelo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 35(4), 1177-1188. https://doi.org/10.1590/S0100-06832011000400011
Gonçalves, A. D. M. A., & Libardi, P. L. (2013). Análise da determinação da condutividade hidráulica do solo pelo método do perfil instantâneo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 37(5), 1174-1184. https://doi.org/10.1590/S0100-06832013000500007
Hillel, D., Krentos, V. D., & Stylianov, Y. (1972). Procedure and test of an internal drainage method for measuring soil hydraulic characteristic in situ. Soil Science, 114(5), 395-400. https://doi.org/10.1097/00010694-197211000-00011
Hmadi, S. H., Sepaskhah, A. R., & Fooladmand, H. R. (2015). A simple approach to predicting unsaturated hydraulic conductivity based on empirically scaled microscopic characteristic length. Hydrological Science Journal, 60(2), 326-335. https://doi.org/10.1080/02626667.2014.959445
Karim, M. R., Manivannan, G., Gnanendran, C. T., & Lo, S.-C. R. (2011). Predicting the long-term performance of a geogrid-reinforced embankment on soft soil using two-dimensional finite element analysis. Canadian Geotechnical Journal, 48(5), 741-753. https://doi.org/10.1139/t10-104
Libardi, P. L., & Melo Filho, J. F. (2006). Análise exploratória e variabilidade dos parâmetros da equação da condutividade hidráulica em um experimento de perfil instantâneo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 30(2), 197-206. https://doi.org/10.1590/S0100-06832006000200001
Libardi, P., Reichardt, K., Nielsen, D. R., & Biggar, J. W. (1980). Simple field methods for estimating soil hydraulic conductivity. Soil Science Society of America Journal, 44(1), 3-7. https://doi.org/10.2136/sssaj1980.03615995004400010001x
Lo, S.-C. R., Karim, M. R., & Gnanendran, C. T. (2013). Consolidation and creep settlement of embankment on soft clay: prediction versus observation. In J. Chu, S. P. R. Wardani, & A. Iizuka (Eds.), Geotechnical predictions and practice in dealing with geohazards (pp. 77-94). Springer. https://doi.org/10.1007/978-94-007-5675-5_6
Mohammadi, M. H., Khatar, M., & Vanclooster, M. (2014). Combining a single hydraulic conductivity measurement with particle size distribution data for estimating the full range partially saturated hydraulic conductivity curve. Soil Science Society of America Journal, 78(5), 1594-1605. https://doi.org/10.2136/sssaj2014.03.0098
Reichardt, K., & Timm, L. C. (2022). Solo, planta e atmosfera: conceitos, processos e aplicações (4. ed.). Manole. https://repositorio.usp.br/item/003103881
Reichardt, K., Portezan, O., Libardi, P. L., Bacchi, O. O. S., Moraes, S. O., Oliveira, J. C. M., & Falleiros, M. C. (1998). Critical analysis of the field determination of soil hydraulic conductivity functions using the flux-gradient approach. Soil and Tillage Research, 48(1-2), 81-89. https://doi.org/10.1016/S0167-1987(98)00093-2
Rudiyanto, Minasny, B., Shah, R. M., Setiawan, B. I., & van Genuchten, M. T. (2020). Simple functions for describing soil water retention and the unsaturated hydraulic conductivity from saturation to complete dryness. Journal of Hydrology, 558, 125041. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125041
Sant’ana, J. A. V., Coelho, E. F., Faria, M. A., Silva, E. L., & Donato, S. L. R. (2012). Distribuição de raízes de bananeira ‘Prata-Anã’ no segundo ciclo de produção sob três sistemas de irrigação. Revista Brasileira de Fruticultura, 34(1), 124-133. https://doi.org/10.1590/S0100-29452012000100018
Santos, M. R., Coelho, E. F., Donato, S. L. R., & Rodrigues, M. G. V. (2016). Distribuição de raízes e extração de água da bananeira ‘BRS Princesa’ sob diferentes configurações de irrigação. Engenharia na Agricultura, 24(6), 513-522. https://doi.org/10.13083/reveng.v24i6.701
Silva, A. J. P., & Coelho, E. F. (2013). Water percolation estimated with time domain reflectometry (TDR in drainage lysimeters. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 37(4), 920-927. https://doi.org/10.1590/S0100-06832013000400009
Silva, A. J. P., & Coelho, E. F. (2014). Estimation of water percolation by different methods using TDR. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 38(1), 73-81. https://doi.org/10.1590/S0100-06832014000100007
Sousa, V. F., Maroulli, W. A., Coelho, E. F., Pinto, J. M., & Coelho Filho, M. A. (2011). Irrigação e fertirrigação em fruteiras e hortaliças. Embrapa Informação Tecnológica. http://www.alice.cnptia.embrapa.br/alice/handle/doc/907498
Teixeira, C. F. A., Moraes, S. O., & Simonete, M. A. (2005). Desempenho do tensiômetro, TDR e sonda de nêutrons na determinação da umidade e condutividade hidráulica do solo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 29(2), 161-168. https://doi.org/10.1590/S0100-06832005000200001
Teixeira, P. C., Donagemma, G. K., Fontana, A., & Teixeira, W. G. (2017). Manual de métodos de análise de solo (3. ed.). Embrapa. http://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/infoteca/handle/doc/1085209
Terleev, V. V., Mirschel, W., Badenko, V. L., & Guseva, Y. (2017). An improved Mualem-van Genuchten method and its verification using data on beit netofa clay. Eurasian Soil Science, 50(4), 445-455. https://doi.org/10.1134/S1064229317040135
Usowicz, B., Lipiec, J., & Siczek, A. (2024). Fitting the van Genuchten model to the measured hydraulic parameters in soils of different genesis and texture at the regional scale. International Agrophysics, 38(4), 373-382. https://doi.org/10.31545/intagr/191380
van Genuchten, M. T. (1980). A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal, 44(5), 892-898. https://doi.org/10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x
Wang, Y., Ma, J., Guan, H., & Zhu, G. (2017). Determination of the saturated film conductivity to improve the EMFX model in describing the soil hydraulic properties over the entire moisture range. Journal of Hydrology, 549, 38-49. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.03.063
Willmott, C., Robeson, S. M., & Matsuura, K. (2012). A refined index of model performance. International Journal of Climatology, 32(13), 2088-2094. https://doi.org/10.1002/joc.2419
Copyright (c) 2026 Marcos de Sousa Campos, Eugênio Ferreira Coelho, Francisco Airdesson Lima do Nascimento, Marcelo Rocha dos Santos, Lucas Melo Vellame, Luiz Antonio Conceição de Carvalho, José Carlos Lopes de Lima, Damiana Lima Barros (Autor)
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
DECLARAÇÃO DE ORIGINALIDADE E DIREITOS AUTORAIS
Declaro que o presente artigo é original, não tendo sido submetido à publicação em qualquer outro periódico nacional ou internacional, quer seja em parte ou em sua totalidade.
Os direitos autorais pertencem exclusivamente aos autores. Os direitos de licenciamento utilizados pelo periódico é a licença Creative Commons Attribution 4.0 (CC BY 4.0): são permitidos o compartilhamento (cópia e distribuição do material em qualqer meio ou formato) e adaptação (remix, transformação e criação de material a partir do conteúdo assim licenciado para quaisquer fins, inclusive comerciais.
Recomenda-se a leitura desse link para maiores informações sobre o tema: fornecimento de créditos e referências de forma correta, entre outros detalhes cruciais para uso adequado do material licenciado.
