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E3-3.4T349

X SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA FÍSICA APLICADA

 

 

 

MONITORAMENTO DO POTENCIAL MATRICIAL, DAS PERDAS DE SOLO E DA ÁGUA PARA DIFERENTES TÉCNICAS DE MANEJO DO SOLO, DURANTE O EVENTO PLUVIOMÉTRICO: CAMPUS EXPERIMENTAL DA PESAGRO (PATY DO ALFERES/RJ)

 

Souza, A.P. andreaps@openlink.com.br1;

 Jardim, H.L.12;

Souza, F.M.S.1;

Lopes, A.S.1;

Gomes, R.A.T.1;

Miranda, J.P.L.1;

Bertolino, A.V.F.A.13;

Fernandes, N.F.1

 

 

 

1Universidade Federal do Rio de Janeiro, Depto. de Geografia, email: 
2Universidade Federal de Minas Gerais, Depto. de Geografia
3Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Depto. de Geografia - FFP

 

 

 

 

Palavras-chave: Erosão, Água no solo e Manejo do Solo
Eixo 3: Aplicação da Geografia Física à Pesquisa
Sub-Eixo 3.4: Aplicações temáticas em Estudos de Casos

 

 

 

 

1. Introdução

A erosão hídrica é um importante processo que ocorre na paisagem encontrando-se diretamente relacionada à dinâmica da água nos solos (Morgan, 1995; Coelho Netto, 1995; entre outros). Embora a erosão seja um processo natural, esta pode ser acelerada ou retardada pela ação antrópica. Logo, pode-se afirmar que as agravantes mais nocivas causadas pelas diversas alterações (como pelo preparo e manejo solos), sejam a erosão e a perda de água. A erosão é um dos maiores problemas do mundo atual, uma vez que segundo a FAO (1967) há uma perda anual entre cinco e sete milhões de hectares no mundo, de terras de boa qualidade reservados para cultivo, que hoje são áreas depauperadas, e ainda milhões de hectares vêm sofrendo cada vez mais com os processos erosivos (Gallardo, 1988; Lucarelli, 1997).
Desta forma, a produtividade, a rentabilidade e a sustentabilidade ambiental dos sistemas agrícolas dependem do manejo adequado e cuidadoso da água de irrigação e do solo, para que estes não fiquem sujeitos à lixiviação e aos problemas de erosão. Outro fator importante a ser ressaltado é que através do manejo adequado da água e da utilização de técnicas conservacionistas, o produtor agrícola alcança a minimização dos custos e maximização de sua produção (Pires e Caixeta, 1983).
Práticas inadequadas de irrigação juntamente com as entradas de precipitação, podem causar modificações do processo de infiltração, retenção e drenagem da água, que acabam, conseqüentemente, por provocar processos como o de perdas de solo (Bertoni e Lombardi Neto, 1999). Sendo assim, segundo Boardman, (1996), torna-se necessário o conhecimento dos processos envolvidos e que se avaliem as taxas, a extensão e a freqüência da erosão no campo.
Sabendo-se que a dinâmica hidrológica em superfície e subsuperfície é muito complexa e que a variabilidade das propriedades do solo, tanto lateralmente quanto verticalmente, acabam por modificar o caminho percorrido pela água (Dunne, 1978; Whipkey e Kirkby, 1978; Atkinson, 1978, entre outros), torna-se importante salientar que sistemas de cultivo sem rotação de cultura, desmatamentos, queimadas, uso intenso de máquinas agrícolas, juntamente com irrigação inadequada, com repetidas operações na mesma profundidade, acabam propiciando a modificação dos fluxos preferenciais e a deflagração dos processos erosivos (Bertoni e Lombardi Neto, 1999).
Um grande problema que a ciência vem enfrentando é o de saber o quanto de erosão é tolerável ou permissível. Para tal, torna-se indispensável estudos que avaliem a susceptibilidade dos diferentes tipos de solo aos processos erosivos, a taxas com que esses processos ocorrem, além do conhecimento dos fatores desencadeadores e dos processos envolvidos na erosão. Desta forma, estimativas de taxas poderiam ser comparadas com as taxas consideradas aceitáveis de modo a determinar as diferentes estratégias de conservações a serem implementadas, mediante um método de previsão de perda de solo sob as mais variadas condições (Morgan, 1995).
Diversos trabalhos vêm se preocupando em mensurar e monitorar os processos erosivos no tempo e no espaço, em condições de campo, através da utilização de parcelas experimentais, assim como através de modelos preditivos (Hudson, 1957; Temple, 1972; Deus, 1985; Morgan, 1985; Amado et al., 1989; Bertol, 1994; Wicox e Simanton, 1995; Chaplot e Le Bissonnais, 2000, entre outros). Grande parte destes estudos mensura a resposta do solo à erosão em escala de anos, meses e até dias, com chuvas naturais e/ou simuladas. Entretanto, poucos são os trabalhos que mensuram as perdas de solo, durante o evento pluviométrico (escala de minutos e horas), o qual se faz de grande importância, uma vez que este é fundamental na geração do escoamento superficial. Que muitas vezes é elevado devido à reduzida capacidade de infiltração, causada pelo alto teor de umidade antecedente no solo e pelo seu estado de conservação, que acarretam no não favorecimento da infiltração de água.
Este trabalho visa contribuir para uma melhor compreensão de como a distribuição do potencial matricial (uma caracterização indireta da umidade) está influenciando na variação temporal nas perdas de solo em áreas agrícolas submetidas a diferentes técnicas de manejo do solo, durante o evento pluviométrico.

2. Área de Estudo

A área de estudo localiza-se no Campus Experimental da PESAGRO em Avelar (figura 1), município de Paty do Alferes, sudoeste do Estado do Rio de Janeiro. O município de Paty do Alferes tem uma tradição agrícola de mais de 200 anos, onde passou ao longo destes anos pela exploração extrativista de madeira, cultura de cana-de-açúcar, de café, de pecuária leiteira. Já nos últimos anos a agricultura encontra-se voltada à olericultura e em especial para a produção de tomate, chegando a representar 40% da produção de todo o Estado do Rio de Janeiro (Ramalho et al., 1998).

 


figura 1. Visão Geral da Estação Experimental da PESAGRO, localizada em Avelar distrito de Paty do Alferes- RJ (Modificado de Embrapa, 1998).

 

Segundo Tosto et al. (1998), sabe-se que 40% dos produtores adotam a prática de queimadas no preparo do solo e que 90% dos agricultores utilizam a mecanização agrícola em encostas com declividade acima de 25%, com preparo do solo morro abaixo (figura 2), independente do maior ou menor risco de degradação ambiental, com uso indiscriminado de agroquímicos e sem manejo adequado da água de irrigação (figura 3), causando muitas vezes a erosão dos solos e a contaminação dos aqüíferos.
 


figura 2. Visão geral de práticas agrícolas em relevo muito movimentado, no município de Paty do Alferes.
 


figura 3. Manejo inadequado da água de irrigação, via processo de molhamento, realizado após o revolvimento do solo.


O relevo é típico de mar de morros, com predomínio de topografia forte-ondulada e vales estreitos encaixados (Silva et al., 1998). A área do entorno da Estação Experimental da PESAGRO (Avelar-RJ) encontra-se inserida na formação geológica Unidade Santo Eduardo, a qual é caracterizada por gnaisses, predominantemente do tipo biotita-gnaisse, tipo granatífero (biotita-granada-gnaisse), de textura variada, que deram origem a solos de baixa fertilidade e de alta suscetibilidade à erosão (Calderano e Lemos, 1998).
O clima da área é do tipo Cw de KÖPPEN, caracterizado como temperado. Segundo Marques e Pinheiro (1998) a temperatura média anual é de 20,7 0C, chegando a 24,0 0C em fevereiro e 16,5 0C em julho. A precipitação anual da área é de cerca de 1196 mm, no qual o período de maior índice pluviométrico corresponde aos meses de novembro a janeiro, com 575 mm, representando 48% da precipitação anual. Já o período mais seco ocorre de junho a agosto, com precipitação média de cerca de 74,7 mm, correspondendo a 6,2% da precipitação anual (Marques e Pinheiro, 1998). A evapotranspiração potencial tem variação de 135mm, em janeiro, até 45mm, em julho, com total anual de 1070mm.
O solo da área se caracteriza por ser um Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico típico, textura argilosa, A moderado álico caulinítico hipoférrico ácido, fase floresta tropical subcaducifólia, relevo forte ondulado (Embrapa, 1998).
Na área de estudo foram instaladas parcelas de erosão com dimensões de 22m de comprimento por 4m de largura, situadas no terço médio da encosta. No término de cada parcela encontra-se uma calhacoletora conectada, através de tubo de PVC, a uma caixa armazenadora de sedimentos de 500 litros (Embrapa, 1998). Conforme a enxurrada o volume pode ser excedido e o material do primeiro tanque passa para por um divisor, no qual o fluxo é quartiado e somente uma parte do volume da amostra passa para o segundo tanque (1000 litros), permitindo sua coleta e cálculo da perda de solo.
Os tratamentos de preparo, de manejo solo e cultivo agrícola, mantêm a metodologia aplicada pela Embrapa, em 1995, tendo as seguintes características (figura 4): Parcela A, sem cobertura (SC), com solo desnudo, e apenas uma aração e uma gradagem com trator no sentido do morro abaixo; Parcela B, plantio convencional (PC), com uma aração utilizando arado de discos (cerca de 18 cm de profundidade) e uma gradagem, com trator no sentido do morro abaixo, faz-se ainda a queima de resíduos da cultura anterior; Parcela C, plantio em nível (PN), preparo em nível, com aração utilizando tração animal e, usando arado de aiveca, no sentido das curvas de nível e com faixas de contenção a cada 7 m (capim colonião), sem queima de resíduos da cultura anterior; Parcela D, cultivo mínimo (CM), sem queima de resíduos da cultura anterior e com preservação da cobertura vegetal nas entre as linhas da cultura.
 


figura 4. Visão das parcelas de erosão, com 4m de largura por 22m de comprimento, com os diferentes tipos de tratamento (A, B, C e D) e no topo dessas encontra-se o pluviógrafo utilizado na área.


Foram desenvolvidos trabalhos na mesma área por Turetta (2000) e Pinheiro (2002) visando contribuir para a melhor compreensão do conteúdo de matéria orgânica nos diferentes tipos de manejoe também o de Souza (2002) investigando as propriedades físico-hidrícas. Outros trabalhos vêm sendo realizados na área como o de Jardim (in prep.), o qual pretende contribuir para a melhor compreensão dos processos erosivos na área, através da utilização do modelo WEPP. E o de Bertolino (in prep.) que pretendem avaliar como os diferentes métodos de manejo estão modificando as propriedades físicas, utilizando a micromorfologia na compreensão da resposta hidrológica do solo.

3. Metodologia

Para a melhor compreensão da erosão foi mensurada a perda de solo e o potencial matricial durante eventos pluviométricos, no período de Novembro de 2002 até Janeiro de 2003, com valores de precipitação máxima de 28.3mm (com duração de 6hs e 40min) e mínima de 15mm (com duração de 4hs e 30min).
Para a mensuração da precipitação foi utilizado um pluviógrafo (figura 4), sendo a análise da chuva realizada tanto em intervalos de 24hs (para períodos fora dos eventos monitorados) quanto de 10 minutos, durante os eventos estudados. Para fins de monitoramento da água no solo mensurou-se o potencial matricial através de tensiômetros de manômetro de mercúrio. De forma geral, o tensiômetro é constituído por um tubo de PVC, onde em sua parte superior encontra-se uma tampa de vedação, enquanto que em sua parte inferior possui uma cápsula porosa de porcelana (Anderson e Kneale, 1980; Villagra, 1988; Fernandes et al., 1989; entre outros). Próximo à tampa no corpo do tubo de PVC tem-se uma mangueira conectando-o ao manômetro de mercúrio, de modo a permitir a medição da pressão da água no interior do tubo.
Os instrumentos foram instalados, dentro das 4 parcelas, nas profundidades de 15, 30 e 80 cm (figuras 5A e C), nas posições alta, média e baixa, conforme mostrado na figura 5B, totalizando 36 instrumentos. Para caracterizar a distribuição espacial do potencial matricial diariamente, a mensuração foi realizada às 7hs da manhã e às 17 horas da tarde, tanto para os períodos de maior umidade, quanto para os de estiagem, possibilitando assim uma melhor avaliação da resposta do potencial matricial aos totais de chuva (Souza, 2003). As variações espaciais e temporais do potencial matricial foram também avaliadas na escala de eventos pluviométricos, ou seja, através da mensuração em pequenos intervalos de tempo (escala de minutos) durante algumas chuvas. Para a realização destes experimentos foram selecionadas chuvas de diferentes magnitudes e intensidades, assim como diferentes condições de potencial matricial (mensuração indireta da umidade) dos solos.
 


figura 5. Visão da distribuição dos instrumentos (A) nas parcelas. Perfil esquemático da distribuição lateral (B), isto é, no terço superior, médio e inferior do interior das parcelas de erosão e detalhe das profundidades de 15, 30 e 80 cm dos tensiômetros (C).


A mensuração do escoamento superficial, em volume/tempo, e das perdas de solo, em volume/tempo/área, foram realizadas sob diferentes condições de intensidade de chuva e potencial matricial da água no solo. As mensurações em escala de evento foram realizadas desde o instante do início da chuva até o seu término, sendo as coletas em ordens de minutos e horas, conforme a intensidade da chuva e a variação do potencial matricial.
No instante da chuva, quando do seu início e ainda com baixa intensidade, foram coletados os totais de volume escoados (inferiores a 1 litro). Com o aumento da enxurrada a partir do total depositado em um balde de 35 litros (neste foi anotado a altura, em cm) foram coletadas amostras de 1 litro (Souza, 2003), conforme a figura 6A e B. As amostras foram processadas em laboratório, onde foram pesadas e colocadas em estufa a 105ºC, restando o material sólido o qual foi pesado, e então observando-se posteriormente a perda de solo (ton/ha/ano).
 


figura 6. Balde de 35 litros utilizado para a coleta de material durante os eventos pluviométricos (A). Potes de um litro utilizados para a coleta de amostra do material escoado durante o momento do evento (B), para posteriormente ser analisado em laboratório e se obter o valor de perda de solo.
 


4. Resultados

Dos vários eventos pluviométricos monitorados serão apresentados e discutidos os resultados associados ao evento do dia 26/01/03, que teve um total de 28.3mm, com início às 19hs e término às 23hs e 40min, com duração de 4hs e 40 min. As figuras 7 (parcela A e B) e 8 (parcela C e D), apresentam a resposta da variação do potencial matricial nas profundidades de 15 e 30 cm (nas posições alta, média e baixa), seu monitoramento teve início às 19hs, do escoamento superficial e da perda de solo ao longo do evento pluviométrico.
De forma geral pode-se dizer que as parcelas B, C e D, no dia 26/01/03 encontravam-se em potenciais matriciais próximos a saturação (0 kPa), conforme as figuras 7 e 8. Tal condição de saturação pode ter sido conseqüência da chuva do dia anterior de 20.7 mm/24hs. Já em relação a parcela A pode-se dizer que os valores de potencial matricial encontravam-se menores (menos saturado), entre -5 e -15 kPa, tanto para 15 como para 30 cm de profundidade, condicionando uma menor umidade. Esta resposta pode estar associada à evaporação mais intensa, uma vez que este tratamento não utiliza cobertura vegetal, recobrindo o solo.
Quando do início da chuva, com 4.2mm em 10min, o solo da parcela A em relação às parcelas B, C e D, foi a primeira a gerar escoamento superficial, praticamente sem atraso em relação a chuva, conforme pode ser observado nas figuras 7 e 8. Tal resposta pode estar associada a sua taxa de infiltração, uma vez que segundo Souza (2002) este solo tem um infiltração de 4mm em 10 minutos. Por sua vez, os solos nas parcelas C e D começaram a gerar perda de água e solo somente a partir dos 30 minutos do início da precipitação, totalizando 8.4mm nesse período, conforme mostra a figura 8.
O comportamento da perda de solo acompanha a resposta do volume escoado como, por exemplo, na parcela D (figura 8), uma vez que no instante de maior escoamento, próximo das 19hs e 45min, também ocorreu um aumento na perda de solo. Já quando da ocorrência do decréscimo da precipitação, ou seja, próximo às 20hs e 45min, todas as parcelas diminuem tanto o valor escoado como a perda de solo, havendo uma pequena mudança no comportamento do mesmo com um aumento de chuva de 0.2mm na precipitação, às 21hs e 20min.
A parcela C é aquela que apresenta um comportamento mais distinto entre todas as 4 parcelas, encontrando-se com as menores variações no volume de água escoado. Esta resposta pode estar associada ao potencial matricial a 30 cm de profundidade, o qual se encontra com pressões mais elevadas (acima de 0 kPa), isto é mais saturado, do que nas outras parcelas, nas diferentes posições no interior das parcelas, conforme mostram as figuras 7 e 8.
Os maiores valores de perda de água e solo foram encontrados na parcela A, com valores de 1.232 litros e 1.4 ton/ha. Enquanto as parcelas B e C tiveram valores mais próximos de perda de solo, 0.0068 e 0.0069 ton/ha (respectivamente), assim como de escoamento com volume de 55.8 e 49.5 litros (respectivamente). Já a parcela D foi a que teve os menores valores tanto de perda solo, isto é 0.0020 ton/ha, e de volume água escoado, 41.7 litros, mostrando-se como a técnica de manejo mais eficiente para o evento monitorado.
 


figura 7 – Variação do potencial matricial (kPa) nas profundidades de 15 e 30 cm (posição alta, média e baixa), do volume de água escoado (ml) e perda de solo (g/88m2) para as parcelas A e B, durante o evento pluviométrico.
 


figura 8 – Variação do potencial matricial (kPa) nas profundidades de 15 e 30 cm (posição alta, média e baixa), do volume de água escoado (ml) e perda de solo (g/88m2) para as parcelas C e D, durante o evento pluviométrico

 

5. Considerações Finais


O estudo em questão permitiu avaliar através da resposta da erosão que no sistema de manejo do solo sem cobertura vegetal (parcela A) ocorre grande perda de solo e água, para chuvas de diferentes intensidades, permitindo estimar o quanto este manejo é prejudicial para os solos agrícolas de Paty do Alferes, uma vez que entre os períodos de preparo do solo, este se encontra em condições de exposição a erosividade da chuva. Já o plantio convencional (parcela B), que utiliza trator morro abaixo com queimada, se pouco eficiente ao controle da erosão, já que depois do sistema sem cobertura ele é que tem as maiores perdas de solo e água. Embora durante o evento monitorado a parcela C, com manejo em curva de nível, tenha tido valores de perda de solo próximos ao cultivo convencional, tal resposta pode estar associada aos seus valores de potencial matricial mais elevados (mais saturado) no solo. Já a parcela D teve a melhor resposta, com os menores valores de perda de água e solo. Desta forma, pode-se dizer esta última técnica de manejo mostrou-se mais eficiente ao controle da erosão durante o evento monitorado.

6. Agradecimentos

A PESAGRO-Avelar, por conceder a Estação Experimental para a realização desse estudo e ao funcionário Paulo César Cardoso e Lia Machado na obtenção dos dados;
Ao Doutor Francesco Palmieri da Embrapa Solos e a Professora Lúcia dos Anjos da UFRRJ, pelo apoio e desenvolvimento desse trabalho;
Ao PRONEX, CNPQ e CAPES pelo apoio financeiro

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