Magnetic susceptibility in the characterization of spatial variability of soils attributes in subtropical soils

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5902/2179460X41394

Keywords:

Geostatistics, Sample density, Pedometrics.

Abstract

Magnetic susceptibility (MS) has been used to estimate soil attributes. With the proposal to increase the information of soils in southern Brazil the objectives of this work were: (i) evaluate the correlation of SM with soil attributes in a slope of subtropical basaltic soils; (ii) to characterize the spatial variation structure of MS and the content of sand, clay and COS; and (iii) identify the sample density that captures the spatial variability to assist future work under similar conditions. In a 22 ha area located in Santo Augusto - RS, Brazil, an 87 points sample grid was collected to determine soil attributes. Samples were also collected in five profiles along the slope. The profile data were analyzed by correlation to verify the degree of Pearson correlation of the SM with the attributes of the soil. In the sample grid spatial dependence analyzes were performed to assess the degree of spatial dependence on soil attributes. The MS presented a high correlation with the attributes of clay soil, Fes, Fed and COS. The evaluation of the spatial variation structure showed that the attributes presented a degree of spatial dependence ranging from weak for COS to strong for MS. The spatial variability pattern suggests a sample density of one point every 4 to 12 ha.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Priscila Vogelei Ramos, Universidade de Burgos, Burgos

Graduada em Engenharia Agronômica pela Universidade Federal do Pampa. Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo da Universidade Federal de Santa Maria . Doutora pelo Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo da Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS. Atualmente é pós-doutoranda no grupo de pesquisa UBUCOMP da Universidad de Burgos, Espanha

Ricardo Simão Diniz Dalmolin, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS

Graduado em Agronomia pela Universidade Federal de Santa Maria, Mestre em Agronomia pela Universidade Federal de Santa Maria e Doutor em Ciências do Solo pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul com estágio na Universidade Técnica de Munique, Alemanha. Atualmente é professor Titular da Universidade Federal de Santa Maria atuando nos cursos de graduação em Agronomia e Engenharia Florestal. É professor e orientador do programa de pós-graduação em Ciência do Solo e do programa pós-graduação em Educação Ambiental.

Jean Michel Moura-Bueno, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS

Pós-doutorando no Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) e integrante do grupo de pesquisa de Predição de Adubação e Potencial de Contaminação de Elementos em Solos (GEPACES). Pós-doutorado na área de pedometria e mapeamento digital de solo na UFSM. Pós-doutorado na área de mapeamento digital de solo na EMBRAPA-Cocais. Doutor em Ciência do Solo, área de Pedometria e Sensoriamento Proximal de Solos, pelo PPGCS da UFSM. Mestre em Ciência do Solo, área de Mapeamento Digital de Solos, pelo PPGCS e Engenheiro Agrônomo formado pela UFSM.

José Marques Junior, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, Jaboticabal, SP

Possui graduação em Engenharia Agronômia pela Escola Superior de Agricultura e Ciências de Machado, Mestre em Agronomia (Solos e Nutrição de Plantas) pela Universidade Federal de Lavras e Doutor em Agronomia (Solos e Nutrição de Plantas) pela Universidade de São Paulo. Realizou estágio internacional na Universidade de Córdoba (Espanha) em 2008. Atualmente é Professor Adjunto (Livre-Docente) no Departamento de Solos da FCAV-UNESP, Campus de Jaboticabal.

Diego Silva Siqueira, Universidade Estadual Paulista, Jaboticabal, SP

Graduado em Engenharia Agronômica pela Universidade Estadual Paulista (UNESP) Câmpus de Jaboticabal, Pós-graduado em Agronomia (Produção Vegetal) pela UNESP Câmpus de Jaboticabal. Atuou como gestor na InovaJab - Incubadora de base tecnológica da UNESP Jaboticabal e Rede UNESP Conecta para ecossistemas de inovação.

Daniel De Bortoli Teixeira, Universidade de Marília, Marília, SP

Graduado em Agronomia pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Mestre em Agronomia (Ciência do Solo) pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho e Doutor em Agronomia (Produção Vegetal) pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Atuou como professor na Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho juntamente aos cursos de Ciências Biológicas, Zootecnia, Administração de Empresas e Medicina Veterinária nos período de 2015-2017. Atualmente é professor da Universidade de Marília nos cursos de Agronomia, Medicina Veterinária e Medicina.

References

ALVARES, C. A.; STAPE, J. L.; SENTELHAS, P. C.; GONÇALVES, J. L. M.; SPAROVEK, G. Köppen’s climate classification map for Brazil. Meteorologische Zeitschrift, v. 22, n. 6, p. 711-728, 2013.

ARROUAYS, D.; McKENZIE, N.; HEMPEL, J.; FORGES, A. R.; McBRATNEY, A. GlobalSoilMap: Basis of the Global Spatial Soil Information System. CRC Press/Balkema; 2014.

AYOUBI, S.; ABAZARI, P.; ZERAATPISHEH, M. Soil great groups discrimination using magnetic susceptibility technique in a semi-arid region, central Iran. Arab J Geosci, v. 11, p. 616, 2018.

BARBOSA, R. S. Erodibilidade de Latossolos predita pela suscetibilidade magnética e espectroscopia de reflectância difusa 2014. 78 p. Tese (Doutorado em Ciência do Solo) Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias/Universidade Estadual Paulista “Julio de Mesquita Filho”, Jaboticabal, São Paulo, 2014.

BARBOSA, R.S.; MARQUES JÚNIOR, J.; BARRÓN, V.; MARTINS FILHO, M. V.; SIQUEIRA, D. S.; PELUCO, R. G.; CAMARGO, L. A.; SILVA, L. S. Prediction and mapping of erodibility factors (USLE and WEPP) by magnetic susceptibility in basalt-derived soils in northeastern São Paulo state, Brazil. Environmental Earth Sciences, v. 78, p. 12, 2019.

BAUTISTA, F.; BÓGALO, M. F.; NAVARRO, A. S.; GOGUITCHAICHVILI, A.; INIESTA, M. J. D.; CEJUDO, R.; SANLEANDRO, P. M.; GIL, J. M.; DÍAZ-PEREIRA, E. Magnetic and pedological characterisation of a paleosol under aridic conditions in Spain. Studia Geophysica et Geodaetica, v. 62, p. 139-166, 2018.

BITENCOURT, D. G. B.; BARROS, W. S.; TIMM, L. C.; SHE, D.; PENNING, L. H.; PARFITT, J. M. B.; REICHARDT, K. Multivariate and geostatistical analyses to evaluate lowland soil levelling effects on physico-chemical properties. Soil and Tillage Research, v. 156, p. 63–73, 2016.

BÜNEMANN, E. K.; BONGIORNO, G.; ZHANGUO, B.; CREAMER, R. E.; DEYN, G. D.; GOEDE, R.; FLESKENS, L.; GEISSEN, V.; KUYPER, T. W.; MÄDER, P.; PULLEMAN, M.; SUKKEL, W.; GROENIGEN, W. VAN.; BRUSSAARD, L. Soil quality – A critical review. Soil Biology and Biochemistry, v. 120, p. 105-125, 2018.

CAMARGO, L. A.; MARQUES JUNIOR, J.; PEREIRA, G. T.; BAHIA, A. S. R. S. Clay mineralogy and magnetic susceptibility of Oxisols in geomorphic surfaces. Scientia Agricola, v. 71, p. 244-256, 2014.

CAMARGO, L. A.; MARQUES JUNIOR, J.; BARRÓN, V.; ALLEONI, L. R. F.; BARBOSA, R. S.; PEREIRA, G. T. Mapping of clay, iron oxide and adsorbed phosphate in Oxisols using diffuse reflectance spectroscopy. Geoderma, v. 251, p. 124-132, 2015.

CAMARGO, L. A.; MARQUES JUNIOR, J.; BARRÓN, V.; ALLEONI, L. R. F.; PEREIRA, G. T.; TEIXEIRA, D. B. et al. Predicting potentially toxic elements in tropical soils from iron oxides, magnetic susceptibility and diffuse reflectance spectra. Catena, v. 165, p. 503-515, 2018.

CAMBARDELLA, C. A.; MOORMAN, T. B.; NOVAK.; J. M.; PARKIN, T. B.; KARLEN, D. L.; TURCO, R. F.; KONOPKA, A. E. Field-scale variability of soil properties in central Iowa soils. Soil Science Society of America Journal, v. 58, p. 1501-1511, 1994.

CIAMPALINI, A.; ANDRÉ, F.; GARFAGNOLI, F.; GRANDJEAN, G.; LAMBOT, S.; CHIARANTINI, L.; MORETTI, S. Improved estimation of soil clay content by the fusion of remote hyperspectral and proximal geophysical sensing. Journal of Applied Geophysics, v. 116, p. 135-145, 2015.

DALMOLIN, R. S. D.; GONÇALVES, C. N.; DICK, D. P.; KNICKER, H.; KLAMT, E.; GEL-KNABNER, I. Organic matter characteristics and distribution in ferralsol profiles of a climosequence in southern Brazil. European Journal Soil Science, v. 57, n. 4, p. 644-654, 2006.

DALMOLIN, R. S. D.; TEN CATEN, A. Mapeamento Digital: nova abordagem em levantamento de solos. Investigación Agraria, v. 17, n. 2, p. 77-86, 2015.

DEARING, J A. Environmental magnetic susceptibility: using the Bartington MS2 system. 2 ed. Kenilworth: Chi Publishing; 1999.

FAO, ITPS - Food and Agriculture Organization of the United Nations, Intergovernmental Technical Panel on Soils. Status of the World’s Soil Resources (SWSR) – Main Report. Rome, Italy; 2015. Disponível em: http://www.fao.org/3/i5199e/I5199E.pdf.

GAMMA DESIGN SOFTWARE - GS+: Geostatistics for the Enviromental Sciences, Version 9.0. Gamma Design Software. Michigan, USA; 2008.

GAO, X.; HAO, Q.; OLDFIELD, F.; BLOEMENDAL, J.; DENG, C.; WANG, L.; SONG, Y.; GE, J.; WU, H.; XU, B.; LI, F.; HAN, L.; FU, Y.; GUO, Z. New high‐temperature dependence of magnetic susceptibility‐based climofunction for quantifying paleoprecipitation from Chinese loess. Geochemistry Geophysics Geosystems, v. 20, p. 4273–4291, 2019.

GHORBANZADEH, N.; SALEHI, A.; POURBABAEI, H.; TOLAROD, A. A. S.; ALAVI, S. J. Spatial variability of soil microbial indices in common alder COMMON ALDER (Alnus glutinosa) stands using a geostatistical approach in northern Iran. Journal of Forestry Research, v. 30, p. 679-688, 2019.

GOOVAERTS, P. Geostatistics for Natural Resources Evaluation. Oxford University Press: New-York; 1997.

GRUNWALD, S.; VASQUES, G. M.; RIVERO, R. G. Fusion of soil and remote sensing data to model soil properties. In: SPARKS DL, editors. Advances in Agronomy. Elsevier, vol. 131, p. 1–109, 2015.

HIRSCH, F.; BONHAGE, A.; BAURIEGEL, A.; SCHNEIDER, A.; RAAB, T.; RAAB, A.; GYPSER, S. The occurrence, soil parameters and genesis of rubified soils (‘Fuchserden’) of northeastern Germany. Catena, v. 175, p. 175:77-92, 2019.

KÄMPF, N.; CURI, N. Formação e evolução do solo (Pedogênese). In: KER, J.C.; CURI, N.; SCHAEFER, C.E.; VIDAL-TORRADO, P. (Eds.) Pedologia: Fundamentos. Sociedade Brasileira de Ciência Solo: Viçosa, MG, p. 207-302, 2012.

KLEBER, M.; SOLLINS, P.; SUTTON, R. A conceptual model of organo-mineral interactions in soils: self-assembly of organic molecular fragments into zonal structures on mineral surfaces. Biogeochemistry, v. 85, p. 9-24, 2007.

LAL, R.; SMITH, P.; JUNGKUNST, H. F.; MITSCH, W. J.; LEHMANN, J.; NAIR, P. K. R.; et al. The carbon sequestration potential of terrestrial ecosystems. Journal of Soil and Water Conservation, v. 73, n. 6, p. 145A-152A, 2018.

LEAL, F. T.; FRANÇA, A. B. C.; SIQUEIRA, D. S.; TEIXEIRA, D. B.; MARQUES JUNIOR, J.; LA SCALA, N. J. Characterization of potential CO2 emissions in agricultural areas using magnetic susceptibility. Scientia Agricola, v. 72, p. 535-539, 2015.

MATIAS, S. S. R.; MARQUES JUNIOR, J.; SIQUEIRA, D.S.; PEREIRA, G.T. Outlining precision boundaries among areas with different variability standards using magnetic susceptibility and geomorphic surfaces. Engenharia Agrícola, v. 34, p. 695-706, 2014.

MATIAS, S. S. R.; MARQUES JUNIOR, J.; PEREIRA, G. T.; SIQUEIRA, D. S. Ferramentas matemáticas, suscetibilidade magnética e modelos de paisagem aplicados na delimitação de áreas de manejo específico. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 39, p. 968-980, 2015.

McKEAGUE, J. A.; DAY, J. H. Dithionite and oxalate-extractable Fe and Al as aids in differentiating various classes of soils. Soil Science Society of America Journal, v. 46, p. 13-22, 1966.

MEHRA, O. P.; JACKSON, M. L. Iron oxide removal from soils by a dithionite-citrate system buffered with sodium bicarbonate. Clays and Clay Minerals, v. 7, p. 317-327, 1960.

MICHEL, F.M.; BARRÓN, V.; TORRENT, J.; MORALES, M.P.; SERNA, C.J.; BOILY, J.F.; LIU, Q.S.; AMBROSINI, A.; CISMASU, A.C.; BROWN, G.E. Ordered ferrimagnetic form of ferrihydrite reveals links among structure, composition, and magnetism. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, v.107, n.7, 2787–2792, 2010.

OLIVEIRA, I.A.; MARQUES JUNIOR, J.; CAMPOS, M. C. C.; AQUINO, R. E.; FREITAS, L.; SIQUEIRA, D. S.; CUNHA, J. M. Variabilidade espacial e densidade amostral da suscetibilidade magnética e dos atributos de argissolos da região de Manicoré, AM. R. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 39, p. 668-681, 2015.

PINGGUO, Y.; BYRNE, J. M.; YANG, M. Spatial variability of soil magnetic susceptibility, organic carbon and total nitrogen from farmland in northern China. Catena, v. 145, p. 92-98, 2016.

POGGERE, G. C.; INDA, A. V.; BARRÓ, V.; KÄMPF, N.; BRITO, A. D. B. de; BARBOSA, J. Z.; CURI, N. Maghemite quantification and magnetic signature of Brazilian soils with contrasting parent materials. Applied Clay Science, v. 161, p. 385-394, 2018.

RAMOS, P. V.; DALMOLIN, R. S. D.; MARQUES JUNIOR, J.; SIQUEIRA, D. S.; ALMEIDA, J. A. de; MOURA-BUENO, J. M. Magnetic Susceptibility of Soil to Differentiate Soil Environments in Southern Brazil. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 41, p. e0160189, 2017.

ROSCOE, R.; BUURMAN, P.; VELTHORST, E. J. Disruption of soil aggregates by varied amounts of ultrasonic energy in fractionation of organic matter of a clay latosol: carbon, nitrogen, and 13C distribution in particle-size fractions. European Journal Soil Science, v. 51, p. 445-454, 2000.

SANTOS, H. L.; MARQUES JUNIOR, J.; MATIAS, S. R. R.; SIQUEIRA, D. S.; MARTINS FILHO M. V. Erosion factors and magnetic susceptibility in different compartments of a slope in Gilbués- PI, Brazil. Engenharia Agrícola, v. 33, p. 64-74, 2013.

SANTOS, R. D. dos; SANTOS, H. G. dos; KER, J. C.; ANJOS, L. H. C. dos; SHIMIZU, S. H. Manual de descrição e coleta de solo no campo. 7 ed. Sociedade Brasileira de Ciência do Solo: Viçosa, 2015.

SANTOS, H. G. dos; JACOMINE, P. K. T.; ANJOS, L. H. C. dos; OLIVEIRA, V. A. de; LUMBRERAS, J. F.; COELHO, M. R. et al. Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. 5 ed. rev. e ampl. Brasília: Embrapa, 2018.

SILVA, J. E.; LEMAINSKI, J.; RESCK, D. V. S. Perdas de matéria orgânica e suas relações com a capacidade de troca catiônica em solos da região de cerrados do oeste baiano. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 18. p. 541-547, 1994.

SILVA, A. R.; SOUZA JUNIOR, I. G.; COSTA, A. C. S. Suscetibilidade magnética do horizonte B de solos do Estado do Paraná. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 34, n. 2, p. 329-338, 2010.

SIQUEIRA, D. S.; MARQUES JUNIOR, J.; MATIAS, S. S. R.; BARRÓN, V.; TORRENT, J.; BAFFA, O.; OLIVEIRA, C. L. Correlation of properties of Brazilian Haplustalfs with magnetic susceptibility measurements. Soil Use and Management, v. 26, p. 425-431, 2010.

SIQUEIRA, D. S.; MARQUES JUNIOR, J.; PEREIRA, G. T.; TEIXEIRA, D. B.; VASCONCELOS, V.; CARVALHO JÚNIOR, A. O.; MARTINS, E.S. Detailed mapping unit design based on soil-landscape relation and spatial variability of magnetic susceptibility and soil color. Catena, v.135, p. 149-162, 2015.

SORENSEN, M. V.; STRIMBECK, R.; NYSTUEM, K. O.; KAPAS, R. E.; ENQUIST, B.; GRAAE, B. J. Draining the Pool? Carbon Storage and Fluxes in Three Alpine Plant Communities. Ecosystems, v. 21, n. 2, p. 316–330, 2018.

SOUZA, C. K.; MARQUES JUNIOR, J.; MARTINS FILHO, M. V.; PEREIRA, G. T.; Influência do relevo na variação anisotrópica dos atributos químicos e granulométricos de latossolo. Engenharia Agrícola, v.23, p. 486-495, 2003.

SOUZA JUNIOR, I. G.; COSTA, A. C. S.; VILAR, C. C.; HOEPERS, A. Mineralogia e susceptibilidade magnética dos óxidos de ferro do horizonte B de solos do Estado do Paraná. Ciência Rural, v. 40, p. 513-519, 2010.

STRECK, E. V.; KÄMPF, N.; DALMOLIN, R. S. D.; KLAMT, E.; NASCIMENTO, P. C.; SCHNEIDER, P.; FLORES, C. A. Solos do Rio Grande do Sul. 3 ed. Porto Alegre: Emater/RS-Ascar, 2018.

TEIXEIRA, P. C; DONAGEMMA, G. K.; FONTANA, A.; TEIXEIRA, W. G. Manual de métodos de análise de solos. 3ª. ed. rev. e ampl. – Brasília, DF: Embrapa; 2017.

TORRENT, J.; LIU, Q. S.; BARRÓN, V. Magnetic minerals in Calcic Luvisols (Chromic) developed in a warm Mediterranean region of Spain: Origin and paleoenvironmental significance. Geoderma, v. 154, p. 465-472, 2010.

WILDNER, W.; RAMGRAB, G. E.; LOPES, R. C.; IGLESIAS, C. M. F. Mapa Geológico do Estado do Rio Grande do Sul - Escala 1:750.000. CPRM - Serviço Geológico do Brasil: Porto Alegre, 2008.

YAMAMOTO, J. K.; LANDIM, P. M. B. Geoestatística: conceitos e aplicações. 1 ed. São Paulo: Oficina dos Textos, 2013.

ZHANG, L.; LIU, Y.; LI, X.; HUANG, L.; YU, D.; SHI, X.; Chen, H.; Xing, S. Effects of soil map scales on simulating soil organic carbon changes of upland soils in Eastern China. Geoderma, v. 312, p. 159-169, 2018.

Downloads

Published

2021-03-08 — Updated on 2022-01-14

Versions

How to Cite

Ramos, P. V., Dalmolin, R. S. D., Moura-Bueno, J. M., Marques Junior, J., Siqueira, D. S., & Teixeira, D. D. B. (2022). Magnetic susceptibility in the characterization of spatial variability of soils attributes in subtropical soils. Ciência E Natura, 43, e47. https://doi.org/10.5902/2179460X41394 (Original work published March 8, 2021)

Issue

Vol. 43 (2021): Continuous Publication

Section

Geo-Sciences

License

Copyright (c) 2021 Ciência e Natura

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

To access the DECLARATION AND TRANSFER OF COPYRIGHT AUTHOR’S DECLARATION AND COPYRIGHT LICENSE click here.

 

Ethical Guidelines for Journal Publication

The Ciência e Natura journal is committed to ensuring ethics in publication and quality of articles. 

Conformance to standards of ethical behavior is therefore expected of all parties involved: Authors, Editors, Reviewers, and the Publisher.

In particular, 

Authors: Authors should present an objective discussion of the significance of research work as well as sufficient detail and references to permit others to replicate the experiments. Fraudulent or knowingly inaccurate statements constitute unethical behavior and are unacceptable. Review Articles should also be objective, comprehensive, and accurate accounts of the state of the art. The Authors should ensure that their work is entirely original works, and if the work and/or words of others have been used, this has been appropriately acknowledged. Plagiarism in all its forms constitutes unethical publishing behavior and is unacceptable. Submitting the same manuscript to more than one journal concurrently constitutes unethical publishing behavior and is unacceptable. Authors should not submit articles describing essentially the same research to more than one journal. The corresponding Author should ensure that there is a full consensus of all Co-authors in approving the final version of the paper and its submission for publication.

Editors: Editors should evaluate manuscripts exclusively on the basis of their academic merit. An Editor must not use unpublished information in the editor's own research without the express written consent of the Author. Editors should take reasonable responsive measures when ethical complaints have been presented concerning a submitted manuscript or published paper.

Reviewers: Any manuscripts received for review must be treated as confidential documents. Privileged information or ideas obtained through peer review must be kept confidential and not used for personal advantage. Reviewers should be conducted objectively, and observations should be formulated clearly with supporting arguments, so that Authors can use them for improving the paper. Any selected Reviewer who feels unqualified to review the research reported in a manuscript or knows that its prompt review will be impossible should notify the Editor and excuse himself from the review process. Reviewers should not consider manuscripts in which they have conflicts of interest resulting from competitive, collaborative, or other relationships or connections with any of the authors, companies, or institutions connected to the papers.

Most read articles by the same author(s)