EFEITO DA COBERTURA MORTA E DO PREPARO DO TERRENO NAS PERDAS DE SOLO E ÁGUA EM UM ARGISSOLO VERMELHO-AMARELO1 Daniel Fonseca de Carvalho 2, Claudinei Antonio Montbeller3, Eleandro Silva da Cruz4, Ângela Maria Quintão Lana 5, Wilson Araújo da Silva 6
RESUMO Este trabalho foi realizado com o objetivo de estudar o efeito da cobertura morta e do preparo do terreno nas perdas de água e solo, em um Argissolo Vermelho-Amarelo. Para isso, utilizou-se um simulador de chuvas pendular, que foi regulado para aplicar, em uma parcela de 0,80 m2, uma chuva com energia cinética de 670 J.m -2, correspondendo à intensidade de precipitação de 50 mm.h-1. As coletas foram realizadas em intervalos de 5 minutos, totalizando 35 minutos de aplicação. Foram ajustadas equações de regressão entre as perdas de solo e água e tempo de aplicação, obtendo-se R2 superior a 0,86. Os valores observados para perda de solo foram 64,3; 21,4; 41,0 e 7,7 g.m -2, durante 35 min de aplicação, para os tratamentos utilizando enxada rotativa (Er) e aração e gradagem (Ag), com e sem cobertura morta, respectivamente. Quanto ao escoamento superficial, as perdas medidas para o mesmo tempo de aplicação foram 0,01198; 0,00938; 0,00949 e 0,00504 m3.m2 , respectivamente, nos mesmos tratamentos. Os resultados permitiram concluir que o tipo de preparo do terreno, associado à presença de cobertura morta, pode influenciar a magnitude do processo erosivo, assim como a utilização de simuladores associados a modelos de regressão auxilia na predição de perda de solo e água, possibilitando a avaliação de tipos de manejo de solo, da cobertura e de sistemas de controle de erosão. Palav ras-chav e: erosão, escoamento superficial, simulador de chuvas.
ABSTRACT Effect of Mulch and Soil Tillage on the Soil and Water Losses in a Red-Yellow Argisoll This work was carried out to study the effect of mulch and soil tillage on the soil and water lossesin a red-yellow Argisoll. So, a pendular rainfall simulator was calibrated in order to apply a simulated rain with a kinetic energy of 670 J.m -2, corresponding to a precipitation intensity of 50 mm.h -1, on an experimental area of 0,80 m 2. The collections were performed every 5 min, totalizing an application time of 35 min. Regression equations were adjusted between soil and water lossesand the application time, obtaining a r2 above 0.86. The values obtained for soil loss were 64.3, 21.4, 41,0 and 7.7 g.m-2, concerning to rotative hoe and plough and grade crossing, with and without mulch, respectively. For runoff, the values observed were 0.01198, 0.00938, 0.00949 and 0.00504 m 3.m -2, respectively for the same treatment.
Keyw ords: erosion, runoff, rainfall simulator
1 T rabalho
financiado pela C NP q Adjunto, DE/IT /UF R R J. B R 465, km 7. S eropédica, R J. C EP : 23.890-000. F one: (21) 2682-1865. em ail:
[email protected]. B olsista do C NP q; 3 Agrônom o, M estrado em Agronom ia – C iência do S olo na UF R R J 4 Estudante de Agronom ia da UF R R J. B olsista de Iniciação C ientífica – P IB IC /UF R R J/C NP q 5 P rof. Adjunta, Escola de Veterinária/Departam ento de Zootecnia/UF M G E-m ail:
[email protected] g.br 6 M S c. em F itotecnia, Doutorando em Agronom ia – C iência do S olo na UF R R J 2P rof.
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INTRODUÇÃO A erosão consiste no processo de desprendimento, arraste e deposição das partículas do solo, constituindo um grande problema no Brasil, onde são perdidas, anualmente, em cerca de 600 milhões de toneladas de solo agrícola (BAHIA et al., 1992). Isto tende a elevar os custos relativos à produção agropecuária, uma vez que aumenta a necessidade de uso de corretivos e fertilizantes, além de reduzir a eficiência operacional das máquinas agrícolas. Laflen et al. (1990) comentam que, nos Estados Unidos, particularmente na região Sudoeste, consideráveis áreas tornaramse improdutivas devido à erosão do solo. No Brasil, algumas áreas localizadas na região Sul já estão em processo de desertificação, devido ao processo erosivo, o que torna necessária a adoção de medidas para recuperar e conservar as terras agrícolas. A erosão causa, também, problemas na qualidade e disponibilidade de água, decorrentes da poluição e do assoreamento dos cursos d’água, favorecendo a ocorrência de enchentes, no período chuvoso, e a escassez de água no período de estiagem (GRIEBELLER, 1998). O processo erosivo causado pela água das chuvas tem abrangência em quase toda a superfície terrestre, em especial nas áreas com clima tropical, onde os totais pluviométricos são bem mais elevados do que em outras partes do Planeta. Além disso, em muitas dessas áreas, as chuvas concentram-se em certas estações do ano, o que agrava, ainda mais, a erosão (Guerra, 1999). O processo tende a acelerar à medida que mais áreas são desmatadas para exploração de madeira e, ou, produção agrícola, uma vez que os solos ficam desprotegidos da cobertura vegetal e, conseqüentemente, as chuvas incidem diretamente sobre a superfície do terreno.
da capacidade de infiltração do solo. Esta redução contribui para o aumento do escoamento superficial, que constitui o principal agente de transporte de partículas do solo. Por isso, o manejo do solo tem grande influência no processo erosivo, pois, durante preparos e cultivos intensivos, pode ocorrer um distúrbio maior na estrutura do solo, causando desagregação das camadas superficiais e, ou compactação subsuperficial, o que facilita a erosão (SANTOS et al., 1997). Bertoni e Lombardi Neto (1985) comentam que, no Brasil, um dos principais fatores que contribuem para a improdutividade do solo é a erosão hídrica, facilitada e acelerada pelo homem com suas práticas inadequadas de agricultura. Isso porque os diferentes sistemas de cultivo propiciam diferentes condições finais de exposição do solo aos agentes erosivos, visto que promovem mobilização e cobertura vegetal diferenciada, ocasionando diferentes graus de proteção contra as perdas de água e solo. De acordo com Lombardi Neto et al. (1988), a cobertura vegetal, principalmente o “mulch”, absorve toda a energia cinética da chuva, não restando energia residual para provocar a desagregação do solo. Sidiras e Roth (1984) compararam três tipos de preparo de solo e constataram que o plantio direto apresentou melhor condição de controle de perdas de água e solo, principalmente devido ao melhor grau de cobertura e melhor estabilidade estrutural do solo. Bertol (1994), trabalhando com chuvas naturais em um Cambissolo Húmico Distrófico, verificou que as perdas de água são muito menos influenciadas pelo preparo do solo do que as perdas de solo. Segundo o autor, isto se deve ao fato que, independentemente do sistema de preparo, o solo apresenta limitada capacidade de infiltração de água, a partir da qual a taxa de enxurrada tende a igualar-se em distintos preparos.
Devido ao impacto das gotas de chuva sobre o solo, ocorre a quebra de seus agregados e a formação do encrostamento superficial, o qual contribui para a redução
Em razão do exposto, desenvolveu-se este trabalho, objetivando estudar o efeito da cobertura morta e do preparo do terreno sobre as perdas de solo e água, em um Argissolo Vermelho-Amarelo, utilizando-se um simulador de chuvas pendular.
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MATERIAL E MÉTODOS Na condução do experimento, foi utilizado um simulador de chuvas pendular, que pertence ao Departamento de Engenharia da UFRRJ. Em função da avaliação preliminar feita no equipamento, com relação ao tipo de bico, pressão de serviço e velocidade de ciclo, selecionou-se o bico “Vee-Jet” 80.150, o qual foi submetido à pressão de 34,0 kPa para simular uma chuva com características próximas às da chuva natural. Trabalhando com esta combinação de bico e pressão, a uma altura de 2,87 m, obteve-se um diâmetro médio de gotas (D50) de 1,9mm, apresentando uma relação entre chuva simulada e chuva natural acima de 90% para precipitações até 140 mm.h-1. O coeficiente de uniformidade para este caso foi 84% (MONTEBELLER et al., 2001). Assim, o equipamento foi regulado a fim de aplicar uma chuva com uma energia cinética de 670 J.m-2, correspondendo a uma intensidade de precipitação de 50 mm.h-1. A chuva simulada foi aplicada em uma área amostral de 0,80 m2, definida pelas dimensões da calha, cravada no solo a 15 cm de profundidade. A calha foi ligada a um dispositivo do tipo funil, direcionado no sentido da declividade do terreno, de modo a permitir a coleta da água e solo arrastados pela chuva. Foi utilizada uma área experimental localizada no SIPA - Sistema de produção Agro Ecológico Embrapa/UFRRJ/Pesagro, com declividade média em torno de 8,0%, cujo solo é classificado como Argissolo Vermelho-Amarelo, Tb distrófico, A moderado e textura média/argilosa. A área experimental foi preparada a fim de atender a metodologia proposta, sendo que, em uma parte da área, foi realizada uma aração e, posteriormente, uma gradagem, enquanto, na outra parte, foi utilizada a enxada rotativa, equipamento de uso comum na confecção de canteiros para o plantio de olerícolas. Foi utilizado um delineamento em blocos casualizados, com 4 tratamentos e 4 repetições. Os tratamentos consistiram de uso da enxada rotativa (Er) e aração/gradagem (Ag), com cobertura (cc) e
sem cobertura morta (sc), respectivamente. Para a intensidade de chuva especificada, as amostras foram coletadas nas durações fixas de 5, 10, 15, 20, 25, 30 e 35 minutos, conforme metodologia usada por Varella (1999). Antes de iniciar a coleta dos dados para as durações especificadas, as parcelas sofreram um pré-molhamento a fim de proporcionar condições de umidade uniforme a todas as parcelas, durante um tempo suficiente para saturar o solo, sem que houvesse escoamento superficial e, conseqüentemente, carreamento de solo para a calha coletora. Depois, a parcela ficava em repouso, durante aproximadamente 10 minutos, para que as condições de umidade estabilizassem. Foi iniciada a chuva simulada e contabilizado o tempo para o início do escoamento superficial. As amostras foram coletadas, a partir do início do escoamento superficial, sendo, então, cronometrados 5 minutos para a coleta de cada amostra. Os volumes escoados foram coletados em frascos de 1 L de modo que, se antes dos 5 minutos os recipientes atingissem seu máximo volume, o tempo de coleta era identificado e esperava-se completar o tempo restante sem que houvesse coleta. Após este procedimento, era dada continuidade à coleta nos demais tempos. Nas parcelas que previam o uso de cobertura morta foi utilizada uma palhada,, proveniente de cortes executados próximo à área experimental, na qual o vegetal predominante era a gramínea, vulgarmente, conhecida como grama-barbante (Cynodon dactylon L.). Este material, seco ao ar, apresentou a massa específica de 18,2 t.ha-1 e foi distribuído, uniformemente, na parcela. No final de cada teste, as amostras foram encaminhadas ao laboratório para determinação da quantidade de solo presente no escoamento superficial. Esse procedimento foi realizado no laboratório de Física II do Departamento de Solos do Instituto de Agronomia da UFRRJ, onde as amostras foram colocadas em provetas de 1 (um) litro, sendo, em seguida, incorporada uma solução de CaSO4 a 1 N, para promover a floculação das partículas sólidas e conseqüente decantação. Após 8 horas, em média, a água foi retirada por meio de
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um sifão, mantendo-se, em cada proveta, apenas uma pequena quantidade de água juntamente com o material decantado. Em seguida, este material foi passado para um becker e colocado em estufa a 105oC por 24 horas, para posterior determinação da massa de solo seco em cada becker. Para obtenção de equações de regressão que melhor representassem a variação da perda de solo e água, em função do tipo de cobertura e preparo do terreno, foi utilizado o programa SAEG (Sistema de Análises Estatística e Genética). RESULTADOS E DISCUSSÃO Os valores médios de perdas acumuladas de solo e água, para todos os tratamentos, são apresentados no Quadro 1. Após 35 min, a máxima perda de solo observada foi de 64,3 g.m-2, correspondente ao tratamento composto pelo uso da enxada rotativa e sem cobertura. Para os demais tratamentos, as perdas totalizaram 21,4 g.m-2, 41,0 g.m-2 e 7,7 g.m-2, respectivamente para Er-cc, Ag-sc e Ag-cc. Comportamento semelhante foi
verificado para as perdas de água. Em média, as lâminas escoadas, após 35 min de precipitação, reduziram de 0,01198 para 0,00938 m3.m-2, quando utilizou-se a enxada rotativa com e sem cobertura, e de 0,00949 para 0,00504 m3.m-2 para o uso da aração e gradagem com e sem cobertura, respectivamente. Com base nos resultados obtidos, após 35 min de chuva simulada, verifica-se uma redução de 66,7% na perda de solo, devido à presença de cobertura no tratamento com enxada rotativa. Em média, uma redução ainda maior (81,1%) foi, também, observada no tratamento com aração e gradagem, na mesma condição. Comparando os sistemas de preparo, foram obtidas, em média, reduções de 36,2% e 63,9% na perda de solo, com o uso da aração e gradagem, no sistema sem e com cobertura, respectivamente. Resultados semelhantes foram obtidos para perda de água. Portanto, observa-se o benefício advindo da manutenção da cobertura do solo, minimizando o impacto das gotas de chuva e promovendo uma redução no material erodido.
Quadro 1. Perdas acumuladas de solo e água durante aplicação da chuva simulada Perda de solo (g.m-2)
Tempo 5 10 15 20 25 30 35
Er - sc
Er - cc
Ag – sc
Ag – cc
2,9 9,2 15,3 25,6 33,3 48,1 64,3
1,2 7,1 9,1 11,9 16,0 17,9 21,4
2,1 5,5 9,1 15,8 22,2 31,4 41,0
2,0 2,2 2,4 3,6 4,0 7,5 7,7
Perda de água (m3.m-2)
Tempo 5 10 15 20 25 30 35
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0,00076 0,00190 0,00331 0,00510 0,00720 0,00953 0,01198
0,00085 0,00195 0,00312 0,00449 0,00607 0,00771 0,00938
0,00052 0,00131 0,00239 0,00391 0,00557 0,00746 0,00949
0,00034 0,00081 0,00142 0,00209 0,00292 0,00388 0,00504
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Levien e Cogo (2000), concluíram que a presença da cultura do milho reduziu a erosão em 60,0%, em sistema de tração animal, comparativamente ao solo descoberto. Concluíram, também, que houve uma redução de 55,0% na perda de solo, quando comparou-se a tração animal com o preparo tratorizado. De acordo com Campos et al.(1995), a utilização de sistema de manejo com menor revolvimento do solo, que proporciona acúmulo de resíduos das culturas na superfície, em áreas anteriormente degradadas pelo preparo inadequado do solo, têm possibilitado a recuperação das características físicas com aumento da taxa de infiltração e aumento do diâmetro dos agregados. As Figuras 1 e 2 apresentam o comportamento das perdas de solo e água nas condições estudadas, assim como os modelos ajustados. Na Figura 1, observa-se tendência potencial de variação da perda de solo com o tempo. Baseado nos dados do Quadro 1 verifica-se que os tratamentos com enxada rotativa, para o mesmo tipo de cobertura, proporcionam maiores perdas de solo, comparativamente à aração e gradagem, uma vez que este equipamento pulveriza o solo, reduzindo seu grau de
Perda de solo (g.m -2)
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estruturação, deixando as partículas mais sujeitas ao impacto das gotas e, consequentemente, ao arraste. Quanto ao tipo de cobertura, observa-se nitidamente, a importância de manter o solo com cobertura vegetal, a fim de reduzir o impacto de gotas da chuva e o posterior arraste de partículas de solo. O ajuste linear do tratamento Ag – cc também é evidenciado, indicando uma menor susceptibilidade do solo ao processo erosivo, nestas condições, com o aumento do tempo de precipitação. Na Figura 2, observa-se que, em média, a existência de cobertura morta não influenciou o escoamento superficial nas parcelas com enxada rotativa, no início da aplicação de água. Entretanto, com o passar do tempo, a presença da cobertura favoreceu uma menor velocidade da água, associada a um menor efeito do impacto de gotas com o solo, o que favoreceria um aumento na taxa de infiltração. Com isso, o escoamento superficial foi inferior, nestas condições, em relação aos tratamentos sem cobertura. Este efeito da cobertura foi mais evidente nos tratamentos com aração e gradagem, em que observa-se uma diferença do comportamento, mesmo para pequenos tempos de aplicação.
(Er − sc) Ps = 0,2437.t1,5510 ; R 2 = 0,99
60
(Er − cc) Ps = 0,1961.t1,3621 ; R2 = 0,93
50
(Ag − sc) Ps = 0,1655.t1,5289 ; R2 = 0,99 (Ag − cc) Ps = 0,0453+ 0,208.t ; R2 = 0,86
40 30 20 10 0 0
5
10
15
20
25
30
35
Tempo (min)
Figura 1. Perda de solo acumulada em função do tempo de aplicação, para as parcelas preparadas com enxada rotativa (Er) e aração/gradagem (Ag), com (cc) e sem cobertura morta (sc). Engenharia na Agricultura, Viçosa, v.11, n.1-4, Jan./Dez., 2003
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Perda de água (m 3.m -2)
0,014
(Er − sc ) Ve = 7,420.10−5.t1,4208 ; R 2 = 0,99
0,012
(Er − cc) Ve = 11,36.10−5.t1,2357 ; R 2 = 0,99
0,01
( Ag − sc ) Ve = 4,325.10−5.t1,5066 ; R2 = 0,99
0,008
( Ag − cc) Ve = 3,476.10−5.t1,3823 ; R2 = 0,99
0,006 0,004 0,002 0 0
5
10
15
20
25
30
35
Tempo (min)
Figura 2. Perda de água acumulada em função do tempo de aplicação, para as parcelas preparadas com enxada rotativa (Er) e aração/gradagem (Ag), com cobertura (cc) e sem cobertura morta (sc). Empregando as equações ajustadas, os valores de perda de solo foram estimados, obtendo-se 60,5 g.m-2 e 24,9 g.m-2 para os tratamentos Er e Ag, respectivamente, ambos com cobertura morta. Para os tratamentos sem cobertura morta, encontrou-se 37,9 g.m-2 e 7,4 g.m-2, para Er e Ag, respectivamente. Quanto ao escoamento superficial, utilizando os modelos correspondentes para o mesmo tempo de aplicação, foram obtidos os valores 0,0116; 0,0092 m3.m-2 para os tratamentos Er e Ag, respectivamente, ambos com cobertura morta, e 0,0092 e 0,0047 m3.m-2 para os mesmos tratamentos sem cobertura.
do início do teste, a cultura foi roçada e parte da matéria seca foi mantida sobre a superfície do terreno. Estes resultados mostram a influência que o tipo de preparo e a presença de alguma cobertura vegetal pode exercer no processo erosivo.
Montebeller et al. (2001b), trabalhando na mesma área experimental, após esta ser cultivada com feijão de porco (Canavalia ensiformis L.) e sem sofrer preparo do terreno, obtiveram, para a mesma intensidade de precipitação, perdas de solo e água acumuladas da ordem de 10,0 g.m-2 e 0,0080 m3.m-2, respectivamente, após 35 minutos de precipitação. Apesar de não haver grandes diferenças no escoamento superficial, o valor de perda de solo obtido foi 83,5 % inferior, quando comparado ao tratamento Er – sc. Vale ressaltar que, no trabalho de Montebeller et al. (2001), antes
Ainda, considerando estes resultados sob o ponto de vista hidrológico, em que a estimativa do escoamento superficial constitui uma etapa importante para fins de dimensionamento de obras hidráulicas e de conservação do solo, verifica-se que o escoamento superficial médio obtido com os tratamentos, após 35 minutos de aplicação (0,0087 m3.m-2), pode estar muito aquém do valor estimado, considerando-se a equação de intensidade-duração-freqüência, obtida por Silva et al. (1999), para a região estudada. Utilizando esta equação, obtida com uma série histórica de 16 anos de dados pluviográficos, e adotando um período de retorno de 20 anos, valor comumente utilizado para obras no meio rural, foi obtido um valor de tempo de precipitação de 112,66 minutos, para a mesma intensidade de precipitação adotada neste trabalho. Comparando este valor com a duração utilizada nos testes com o simulador (35 minutos), é possível imaginar uma perda de solo e água, muitas vezes,
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superior aos valores encontrados, o que reforça a necessidade de adoção de práticas conservacionistas, visando minimizar o escoamento superficial e a perda de solo.
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CONCLUSÕES Os resultados obtidos neste trabalho permitiram concluir que: • a presença da cobertura morta reduziu em 66,7% e 81,1% a perda de solo, nos sistemas de preparo com enxada rotativa e aração e gradagem, respectivamente; • a redução na perda de água foi de 21,7% e 46,9%, para os mesmos sistemas de preparo e cobertura, respectivamente; • no preparo do solo com aração e gradagem e sem cobertura, as perdas de solo e água foram, respectivamente, 20,8% e 36,2% inferiores às perdas observadas no preparo com aração e gradagem; • a utilização de simuladores associados a modelos de regressão auxiliam a predição de perdas de solo e água, possibilitando a avaliação de tipos de manejo de solo, da cobertura e de sistemas de controle de erosão.
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