Dielectric constant obtained from TDR and volumetric moisture of soils in southern Brazil

Английский. Soil moisture is the property which most greatly influences the soil dielectric constant, which is also influenced by soil mineralogy. The aim of this study was to determine mathematical models for soil moisture and the dielectric constant (Ka) for a Hapludalf, two clayey Hapludox and a very clayey Hapludox and test the reliability of universal models, such as those proposed by Topp and Ledieu and their co-workers in the 80's, and specific models to estimate soil moisture with a TDR. Soil samples were collected from the 0 to 0.30 m layer, sieved through a mesh of 0.002 m diameter and packed in PVC cylinders with a 0.1 m diameter and 0.3 m height. Seven samples of each soil class were saturated by capillarity and a probe composed of two rods was inserted in each one of them. Moisture readings began with the saturated soil and concluded when the soil was near permanent wilting point. In each step, the samples were weighed on a precision scale to calculate volumetric moisture. Linear and polynomial models were adjusted for each soil class and for all soils together between soil moisture and the dielectric constant. Accuracy of the models was evaluated by the coefficient of determination, the standard error of estimate and the 1:1 line. The models proposed by Topp and Ledieu and their co-workers were not adequate for estimating the moisture in the soil classes studied. The adjusted linear and polynomial models for the entire set of data of the four soil classes did not have sufficient accuracy for estimating soil moisture. The greater the soil clay and Fe oxide content, the greater the dielectric constant of the medium for a given volumetric moisture. The specific models, θ = 0.40283 - 0.04231 Ka + 0.00194 Ka² - 0.000022 Ka³ (Hapludox) θ = 0.01971 + 0.02902 Ka - 0.00086 Ka² + 0.000012 Ka³ (Hapludox -PF), θ = 0.01692 - 0.00507 Ka (Hapludalf) and θ = 0.08471 + 0.01145 Ka (Hapludox-CA), show greater accuracy and reliability for estimating soil moisture in the soil classes studied.

португальский. A umidade do solo é a propriedade com maior influência sobre a constante dielétrica do meio, sendo também influenciada pela mineralogia do solo. O objetivo deste estudo foi estabelecer modelos matemáticos entre a umidade e a constante dielétrica (Ka) para um Argissolo, dois Latossolos e um Nitossolo e compará-los com os modelos universais propostos na literatura, como os de Topp e Ledieu e seus colaboradores nos anos 80, e modelos específicos para estimar a umidade com o uso de TDR. Amostras de solo foram coletadas na camada de 0 a 0,30 m, peneiradas em malha com diâmetro de 0,002 m e acondicionadas em cilindros de PVC de 0,1 m de diâmetro e 0,3 m de altura. Sete amostras de cada classe de solo foram saturadas por ascensão capilar e, em cada uma delas, inseriu-se uma sonda composta de duas hastes. As leituras de umidade iniciaram-se com o solo saturado e terminaram quando a umidade estava próxima ao ponto de murcha permanente. Em cada etapa, as amostras foram pesadas em balança de precisão, para calcular a umidade volumétrica. Foram ajustados modelos lineares e polinomiais, para cada classe de solo e para todo o conjunto, entre a umidade e a constante dielétrica. A precisão dos modelos foi avaliada pelo coeficiente de determinação, pelo erro-padrão da estimativa e pela a linha 1:1. Os modelos propostos por Topp e Ledieu e seus colaboradores não se mostraram adequados para estimar a umidade das classes de solos estudadas. Os modelos linear e polinomial ajustados para todo o conjunto de dados das quatro classes de solo não apresentam precisão suficiente para estimar a umidade dos solos. À medida que aumenta o teor de argila e de óxidos de ferro do solo, maior é a constante dielétrica do meio para a mesma umidade volumétrica. Os modelos específicos, θ = 0,40283 - 0,04231 Ka + 0,00194 Ka² - 0,000022 Ka³ (Nitossolo), θ = 0,01971 + 0,02902 Ka - 0,00086 Ka² + 0,000012 Ka³ (Latossolo-PF), θ = 0,01692 - 0,00507 Ka (Argissolo) e θ = 0,08471 + 0,01145 Ka (Latossolo-CA), apresentam maior precisão e confiabilidade para estimativa da umidade das classes de solos estudadas.