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Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial II, 601-604
IX CNG/2º CoGePLiP, Porto 2014
ISSN: 0873-948X; e-ISSN: 1647-581X
Potencial matricial e erosão no distrito de São Pedro da Serra (Brasil) Matric potential and erosion in São Pedro da Serra (Brasil) A. V. F. A. Bertolino1*, I. L. P. Soares1, J. P. C. Queiroz2, L. J. S. Cunha3 Artigo Curto Short Article © 2014 LNEG – Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP
Resumo: O manejo do solo traz modificações na sua estrutura natural e promove uma série de transformações. O objetivo do trabalho é analisar o potencial matricial da água do solo e a erosão em solos com diferentes manejos: sem cobertura (SC) e sistema de pousio (PO). O estudo foi realizado em São Pedro da Serra, distrito de Nova Friburgo/Rio de Janeiro - Brasil. O monitoramento da sucção do solo foi realizado por intermédio de blocos de matriz granular (GMS`s), nas profundidades de 15 e 30 cm, instalados em cada sistema. A erosão foi mensurada em cada evento de chuva utilizando-se parcelas de erosão de 20 m2 e a pluviosidade foi obtida pela precipitação diária (24 h), coletada por pluviômetros e por uma estação automatizada MAWS. Os resultados demonstram que o sistema SC possui valores de potenciais matriciais superiores ao PO durante grande parte do período, se mantendo próximo à saturação, demonstrando uma dificuldade de percolação da água dentro da matriz do solo. Já o sistema PO possui variações constantes de potenciais matriciais em todo o período analisado, demonstrando uma drenagem eficiente quando comparado ao SC, mesmo nos períodos de concentração de chuvas. Comprovou-se que o manejo de pousio (PO) apresenta uma resposta mais eficiente na recarga e drenagem da água no solo em relação ao sistema sem cobertura (SC), apresentando baixas taxas de erosão ao longo do período monitorado. Palavras-chave: Comportamento hidrológico, Manejo, Erosão. Abstract: Soil management changes its natural structure and promotes a series of transformations. The present work aims to analyze the water matric potential and erosion on soils with different management: uncovered soil system (USS) and fallow system (FS). The study was carried out in São Pedro da Serra, a district of Nova Friburgo/Rio de Janeiro - Brazil. Granular matrix sensors (GMS’s), installed in each system, were used to monitor soil suction at depths of 15 cm and 30 cm. Erosion was measured in each rainfall event using erosion plots of 20 m2, and rainfall was determined by rain gauges and automated station MAWS. Results demonstrate that the uncovered system has matric potential values above the FS during most of the time, being close to saturation, which indicates difficulty in water percolating within the soil matrix. The FS, however, presented effective drainage when compared to USS, even in rainfall concentrations periods. It was shown that the fallow management (FS) provides a more efficient response in water recharge and drainage than that of the uncovered soil system (USS) as it presented low erosion rates during the monitoring period. Keywords: Hydrological behavior, Soil management, Erosion. 1 Departamento de Geografia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Campus FFP, São Gonçalo, RJ, Brasil. CEP 24435-005. 2Centro de Tecnologia Mineral, Av. Pedro Calmon 900, Cidade Universitária, RJ, Brasil. 3Departamento de Geografia – Universidade de Coimbra – Portugal. *Autor correspondente/Corresponding author:
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1. Introdução O manejo do solo traz modificações na sua estrutura natural e promove uma série de transformações. Dependendo da técnica de preparo utilizada podem ocorrer modificações que favoreçam e/ou tragam prejuízos para o sistema. Essas mudanças podem resultar em alterações do comportamento hidrológico, que por sua vez, podem aumentar a erosão sobre uma determinada área. O plantio convencional e o plantio tradicional apresentam características distintas em relação às técnicas utilizadas. O preparo convencional utiliza implementos agrícolas que revolvem o solo e, de uma maneira geral, causam diversas transformações na matriz. Estas modificações podem resultar em aumento da compactação, diminuição da infiltração e, por conseguinte aumento da taxa de erosão. Tudo isto relacionado com as operações de preparo do solo. Em contrapartida, o plantio tradicional atua de forma a não causar perturbações no solo resultando em um sistema mais conservacionista. Neste sistema não há mobilização de solo e o resto do cultivo anterior é incorporado lentamente. Esses pressupostos resultam em condições mais adequadas para a sobrevivência dos organismos: como temperaturas mais amenas, maior conteúdo de água e matéria orgânica. Diversas são as modificações causadas pelo plantio convencional que podem estar associadas à pulverização da camada arável e quebra dos agregados, à compactação da camada de subsuperfície (Fernandes Medina, 1985), diminuição do teor de umidade, alterações nas características micromorfológicas (Usón & Poch, 2000) e taxas elevadas de erosão (Shipitalo et al., 2000), entre outras. Várias dessas modificações podem auxiliar nas diferenciações do comportamento hidrológico dos solos, bem como nos processos erosivos. A importância da hidrologia nos processos de erosão e a sua relação com o preparo do solo já vem sendo estudada há muito tempo (Wischmeier, 1959; Wischmeier & Smith, 1958; Morgan, 1986). No entanto, o entendimento da influência do manejo nos potencias matriciais da água no solo e sua importância na recarga e descarga da matriz ainda é pouco discutido.
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O estudo tem como objetivo principal avaliar o comportamento de um CAMBISSOLO Háplico submetido a diferentes técnicas de manejo e uso. 2. Características da área de estudo A área de estudo localiza-se na bacia do rio São Pedro em São Pedro da Serra, distrito de Nova Friburgo, na região serrana do estado do Rio de Janeiro - Brasil. A área está inserida na serra do Mar, pertencente a Faixa Móvel Ribeira, que, estruturalmente, compreende um complexo cinturão de dobramentos e empurrões de trend NE-SW gerados na borda sul/sudeste do Cráton de São Francisco a partir da colisão deste com outras placas e/ou microplacas (Heilbron et al., 2004). As principais classes de solo que ocorrem na área são NEOSSOLOS Litólicos, inserido em relevo montanhoso/escarpado, LATOSSOLOS VermelhoAmarelo e CAMBISSOLOS Háplicos (Carvalho Filho et al., 2000). 3. Materiais e métodos Para avaliar os valores de precipitação diária (intervalo de 24 h), foram instalados dois pluviômetros em uma área sem cobertura vegetal (SC), com abertura de 100 mm de diâmetro. Foi instalada também uma Estação Automatizada Meteorológica THIES TLX-MET para fins de comparação, responsável pela coleta de dados de precipitação a cada 10 minutos. O comportamento hidrológico foi monitorado através de Blocos de Matriz Granular (GMS`s) (Shock, 2003) nas profundidades de 15 e 30 cm em cada parcela, com uma repetição para cada, na parte média da encosta com um declive de 26%, bastante representativo na região. A erosão foi mensurada diariamente em parcelas experimentais de 10 X 2 m, totalizando 20 m2, instaladas na porção média da encosta com declive de 26%. A erosão foi monitorada em duas parcelas com manejos distintos: a) parcela sem cobertura (SC) e b) parcela com pousio (PO). De modo a complementar o monitoramento hidrológico e erosivo, foram coletados blocos indeformados utilizando-se caixas do tipo Kubiena de dimensões 11 x 5,5 cm e 3,5 cm de profundidade, nos intervalos de 0-10, 10-20 e 25-40 cm. As amostras foram coletadas na posição vertical em mini-trincheiras, na porção média das parcelas de erosão (SC e PO). Após a coleta, os blocos de solo foram secos ao ar e impregnados a vácuo na unidade LOGITEC® IU-20. Para impregnação utilizou-se uma mistura de resina do tipo epoxi, endurecedor e álcool etílico, na proporção de 5:2:1. 4. Relação dos potenciais matriciais, micromorfologia e erosão Os solos nas parcelas de erosão consistem em Cambisols (FAO classifications) e apresentam uma classe de textura denominada de solo franco, com 46% de areia, 28% de argila e 26% de silte. Os solos são classificados como fortemente ácidos, apresentam um pH que varia de 4,0 a 4,7
com conteúdos de carbono que variam de 16,1 mg/g e 11,1 mg/g, respectivamente. Os resultados de micromorfologia demonstraram que na porção mais superficial do sistema SC (0-10 cm) as zonas são constituídas de aglomerados de material plasmático com esqueletos disseminados nele, mas são pouco definidas e sem transição aparente. Na porção intermediária (10-20 cm) não há zonas, apresentando-se o solo mais homogêneo. Na porção mais profunda (25-40 cm) também não são vistas zonas que se destaquem, só uma leve orientação dos poros e dos minerais numa direção preferencial. O esqueleto é formado por cristais mal selecionados, com dimensão muito variada (silte a areia grossa). A distribuição geral é aleatória, mas por vezes levemente linear na porção de 0-10 cm, agrupada na porção 10-20 cm e levemente linear em 25-40 cm. O material pédico apresenta pedalidade variando entre moderadamente a fortemente desenvolvida para (0-10 cm), pouco desenvolvida para 10-20 cm e moderadamente desenvolvida para 25-40 cm. Feições pedológicas são raras (resto de raízes e folhas) nas três profundidades estudadas perfazendo 5% da lâmina. O sistema de pousio (PO) apresenta-se de modo geral na porção mais superficial (0-10 cm) homogêneo, com baixa frequência de zonas bem definidas, que são formadas normalmente por poros, pedotúbolos e aglomerados de material plasmático. Na porção intermediária (10-20 cm) estas zonas são bem mais marcantes, mas sem uma transição entre elas, são formadas principalmente por agregados de material argiloso de cor vermelho alaranjada. Observa-se também um aumento na porosidade tanto no tamanho dos poros, quanto na quantidade deles, em relação aos outros sistemas. Na porção que vai de 25-40 cm a lâmina apresenta-se homogênea, sem zonas marcantes. O esqueleto é mal selecionado nas três profundidades estudadas, com o tamanho dos grãos variando entre silte a areia grossa, onde estão distribuídos de maneira aleatória. O material apresenta uma pedalidade com grau de desenvolvimento moderado. As feições pedológicas são frequentemente (15-30%) observadas nas profundidades 010 e 10-20 cm na forma de pedotúbolo, restos de raízes e folhas e grébulas agregada a argila. Já na profundidade de 25-40 cm perfaz apenas 5% da lâmina e na forma de principalmente de restos vegetais (carvão). Constatou-se as menores percentagens das feições pedológicas no sistema SC, com 5% da lâmina delgada, o que demonstra o efeito do preparo do solo no sistema. A presença de poros em forma de juntas no sistema SC, é um indício da utilização do pé de arado no preparo do solo, resultando na quebra dos agregados e um aumento da compactação. Ao contrário no sistema PO verifica-se a presença de poros como canais, câmaras e poros tubulares, indicares da reestruturação do solo através da atividade biológica, o que é reforçada pela presença de pedotúbolos e restos de raízes. Isto pode favorecer o transporte de água dentro a matriz do solo, bem como minimizar as taxas de erosão neste sistema. Por intermédio do potencial matricial foi possível avaliar as condições de recarga e drenagem do solo ao longo do
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período de 2008 a 2011. Na tabela 1 pode-se verificar as médias totais dos potenciais matriciais até -200 kPa dos sistemas sem cobertura (SC) e pousio (PO), onde verifica-se que o sistema de pousio demonstrou drenagem mais eficiente (-70 kPa) quando comparado ao sistema sem cobertura vegetal (-40 kPa). Constata-se ainda que na média geral do período úmido, SC apresentou –21 kPa e PO –49 kPa; e no período seco, SC apresentou –64 kPa e PO –98 kPa. Os valores obtidos através dos GMS´s indicam que o sistema SC apresenta-se com os maiores valores de potenciais matriciais em relação ao PO, demonstrando ser a parcela, em dados médios, a que tem o maior teor de umidade. Tabela 1. Valores médios dos potenciais matriciais dos GMS´s até -200 kPa nos diferentes sistemas de manejo (período 2008 a 2011). Table 1. Mean values of matrix potentials of GMS's to -200 kPa in different management systems (period 2008-2011). Sistemas
Geral (2008 a 2011)
POI SC
-70 kPa -40 kPa
Período Úmido -49 kPa -21 kPa
Período Seco -98 kPa -64 kPa
Na análise mensal do potencial matricial da água no solo observa-se que as maiores médias (valores mais próximos de 0 kPa) se concentram nos meses de janeiro, novembro e dezembro nos dois sistemas, o que condiz com os meses mais chuvosos da região, porém o sistema SC apresenta valores ainda mais próximos da saturação quando comparado ao sistema de pousio (PO). O mesmo comportamento é verificado na análise do potencial matricial por profundidade (Fig. 1). Esses resultados demonstram que no sistema SC a perda de umidade ocorre de forma menos acentuada na matriz do solo, ou seja, o movimento da água no solo é mais lento, o que irá corroborar com as maiores perdas de erosão deste sistema. Em relação ao escoamento superficial, o sistema SC apresenta um escoamento de 1.244 mm e perdas por erosão de 29 t/ha. Já o sistema PO apresenta um escoamento de 0,2 mm em dezembro de 2008 e 15 mm em janeiro de 2009, sendo que nos próximos meses até julho de 2011, apresentou perdas de água inferiores a 1 litro. A erosão representou 0,008 t/ha.
Fig. 1. A) Variação média mensal do potencial matricial da água no solo nos sistemas sem cobertura (SC) e pousio (PO) durante o período de 2008 a 2011. B) Variação média mensal do potencial matricial da água no solo nos sistemas sem cobertura (SC) e pousio (PO, profundidades de 15 e 30 cm, durante o período de 2008 a 2011. Fig. 1. A) Variação média mensal do potencial matricial da água no solo nos sistemas sem cobertura (SC) e pousio (PO) durante o período de 2008 a 2011. B) Variação média mensal do potencial matricial da água no solo nos sistemas sem cobertura (SC) e pousio (PO, profundidades de 15 e 30 cm, durante o período de 2008 a 2011.
5. Considerações finais
Agradecimentos
Através do estudo verificou-se que os parâmetros de estrutura, morfologia conexão e tipologia dos poros influenciaram diretamente nas variações de recarga e drenagem do solo. Os sistemas SC e PO apresentaram comportamentos hidrológicos bem distintos, sendo que o SC apresentou um tempo de resposta menor em relação ao sistema PO e percentuais elevados de escoamento superficial e erosão. O uso e manejo do solo determinam os potenciais matriciais da água no solo, sendo que a área de pousio tem um positivo efeito no controle de escoamento superficial e erosão dos solos agrícolas.
À CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) pela bolsa de Estágio Sênior, processo BEX 3959-13-9 À FAPERJ (Processo: E-111.330/2013) e ao CNPq (Processo: 483495/2013-1). Referências Carvalho Filho, A., Lumbreras, J.F., Santos, R.D., 2000 Os Solos do Estado do Rio de Janeiro. Brasília: CPRM/EMBRAPA-CNPS. Fernandez Medina, B., 1985. Influência de dois métodos de preparo de área na compactação de um latossolo amarelo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 9(1), 67-71. Heilbron, M., Pedrosa-Soares, A.C., Campos Neto, M., Silva, L.C., Trouw, R.A.J., Janasi, V.C., 2004. Brasiliano Belts in SE Brazil.
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Journal of Virtual Explorer, 17, Disponível em www.virtualexplorer.com.au/journal/2004/17. Acesso em 2014. Morgan, R.P.C., 1986. Soil erosion and conservation in Britain. In: R.P.C. Morgan, (Ed.). Soil erosion and its control. New York: Van Nostrand Reinhold Company Inc, 160-184. Shipitalo, M.J., Dick, W.A., Edwards, W.M., 2000. Conservation tillage and macropore factors that affect water movement and the fate of Chemicals. Soil & Tillage Research, 53, 167-183. Shock, C.C., 2003. Soil water potential measurement by granular matrix sensor. In: B.A. Stewart, T.A Howell, (Eds). The
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