Mapping of soil compaction levels in a portion of the Guarani Aquifer System (SAG) recharge area

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1 Mapeamento dos níves de compactação do solo de uma parcela em área de recarga do Sstema Aquífero Guaran (SAG) Claudane Otla Paes 1, Dego Augusto de Campos Moraes 2, Joyce Ressler 3, Rodrgo Llla Manzone 4 1 Geógrafa, Mestranda em Agronoma Irrgação e Drenagem, Faculdade de Cêncas Agronômcas de Botucatu FCA/UNESP - Departamento de Engenhara Rural. Fazenda Lageado Portara I: Rua José Barbosa de Barros, nº 1780, Botucatu/SP. claudanepaes@hotmal.com 2 Tecnológo em Informátca, Doutorando em Agronoma Irrgação e Drenagem, Faculdade de Cêncas Agronômcas de Botucatu FCA/UNESP - Departamento de Cêncas do Solo. Fazenda Lageado Portara I: Rua José Barbosa de Barros, nº 1780, Botucatu/SP. degomoraes45@gmal.com 3 Bóloga, Mestranda em Agronoma Irrgação e Drenagem, Faculdade de Cêncas Agronômcas de Botucatu FCA/UNESP - Departamento de Engenhara Rural. Fazenda Lageado Portara I: Rua José Barbosa de Barros, nº 1780, Botucatu/SP. joyce_ressler@hotmal.com 4 Engenhero Agronômo, Professor Doutor, Unversdade Estadual Paulsta UNESP/ Câmpus Ournhos. Av. Vtalna Marcusso, Ournhos SP, manzone@ournhos.unesp.br Resumo - Em áreas de recarga de aquíferos a nfltração da água no solo em profunddade é fundamental para que a demanda não supere a oferta. Os dferentes métodos de manejar o solo em função de sua ocupação vão exercer pressão sobre esse recurso e gerar respostas dstntas na sua capacdade de recarga. A compactação do solo é um atrbuto de grande nfluenca na dnâmca hídrca, pos afeta dretamente os processos de recarga ao crar camadas de mpedmento para a nfltração da água pluval. Assm o objetvo deste trabalho fo verfcar como o uso do solo pela agrcultura, causam alterações nas propredades físco-hídrcas de uma parcela de solo, na baca hdrográfca do Rberão da Onça, Brotas/SP, localzada em área de recarga do Sstema Aquífero Guaran (SAG). Usando técncas de nterpolação geoestatístcas, realzou-se uma análse geográfca, gerando mapas que representam os locas com maores e menores níves de compactação. As amostragens demonstraram uma grande varabldade dos atrbutos mensurados: compactação máxmae méda. Em geral a área apresenta níves crítcos de compactação, prncpalmente em culturas como ctros e cana-de-açúcar que apresentaram os maores valores de compactação. Palavras Chaves: Baca hdrográfca, solos agrícolas, nterpolação. Mappng of sol compacton levels n a porton of the Guaran Aqufer System (SAG) recharge area Abstract: In areas of aqufers recharge, water nfltraton nto the sol depth s crtcal so that demand does not exceed supply of water. The dfferent methods of managng sol n functon of ther occupaton wll put pressure on ths resource and generate dfferent responses n the sol ablty to recharge. Sol compacton s an attrbute of great nfluence on water dynamcs, because t drectly affects the recharge processes, by creatng mpedment layers that block ranwater nfltraton. The objectve of ths study was to nvestgate how sol used by agrculture causes changes n physcal and hydraulc propertes of a parcel of sol, n the watershed of Rberão da Onça, Brotas / SP, located n the recharge area of the Guaran Aqufer System (SAG). Usng geostatstcal nterpolaton technques, we carred out a geographcal analyss, generatng maps that represent the locatons wth hgher and lower levels of compresson. The samples showed a large varablty for the measured attrbutes: maxmum compresson average. In general the area has crtcal levels of compacton, especally n crops such as ctrus and cane sugar that showed the hghest compacton. Key words: watershed, agrcultural sols,interpolaton 1. Introdução O uso e manejo do solo tem relação dreta com o equlíbro dnâmco dos aquíferos, pos a estrutura dos solos e o cclo hdrológco estão ntmamente lgados, sendo assm, todo desequlíbro sofrdo em superfíce, terá resposta refletda nos recursos hídrcos subterrâneos. Dentre os atrbutos estruturas do solo, a III Smpóso de Geoestatístca em Cêncas Agráras 1

2 compactação medda através da resstênca do solo a penetração, tem relação dreta no sstema de recarga de um aquífero, por determnar a dnâmca de recarga. Segundo Cunha et al. (2002), a compactação pode ser defnda como sendo a ação mecânca por meo da qual se mpõe, ao solo, uma redução em seu índce de vazos, que é a relação entre o volume de vazos e o volume de sóldos. Para Lma et al. (2006) o processo de compressão do solo refere-se a compactação (expulsão do ar) e a consoldação (expulsão da água), e o entendmento deste processo torna-se essencal para avalar a estrutura físca de um solo. A compactação dos solos em vrtude do uso agrícola dmnu a capacdade de nfltração das águas da chuva, crando camadas mpermeablzadas em subsuperfíce e, assm, alterando dretamente a recarga a partr da zona vadosa do solo. É de conhecmento dos técncos e produtores ruras os efetos negatvos que, a compactação do solo causa no desenvolvmento e produtvdade dos cultvos, já que exstem város relatos de perdas no potencal produtvo das culturas. Desta forma, mapear essa varável, a fm de estabelecer os níves crítcos de compactação em uma determnada área, gera mportantes subsídos no processo de gestão das áreas de afloramento. Neste sentdo a geoestatístca se coloca como uma mportante ferramenta para mapeamento desses níves, pelo o fato dos atrbutos dos solos, apresentarem grande varabldade espacal, os nterpoladores geoestatístcos são capazes de capturar sua correlação. Portanto o objetvo deste trabalho fo avalar os níves de compactação do solo, em uma parcela, na Baca do Rberão da Onça/Brotas-SP, que se stua sobre uma regão de afloramento do Aquífero Guaran. 2. Materas e Métodos 2.1 Área de Estudo A parcela de solo escolhda, para análse busca representar, os padrões de compactação do solo em uma baca ploto em área de recarga do Sstema Aquífero Guaran. A Baca do Rberão da Onça está localzada no Muncípo de Brotas (SP), nas lattudes 22º10 e 22º15 e nas longtudes 47º55 e 48º00, correspondendo a uma área de aproxmadamente ha (Fgura 1). A baca do Rberão da Onça é uma das formadoras do Ro Jacaré Guaçu, sendo este afluente do Ro Tetê. Quanto às característcas físcas, segundo Barreto (2006), geologcamente a Baca se desenvolve em grande parte sobre o arento da Formação Botucatu, sendo que próxmo ao seu exutóro encontra-se o complexo Botucatu-Dabáso, ambos do Grupo São Bento. Os solos da Baca como provêm do Arento Botucatu, apresentam uma composção homogênea, com presença de arglas somente na regão do exutóro. A parcela delmtada para este estudo, está sob cultvo de cana-de-açúcar, ctros e eucalpto, estas são as culturas mas presentes, em todas área de recarga, portanto a parcela defnda torna-se representatva para área. Fgura 1: Localzação da área de estudo na Baca do Rberão da Onça, Brotas SP. A mportânca de estudos sobre essa baca está no fato dela stuar-se quase nteramente em regões de afloramento da Formação Botucatu, podendo assm fornecer mportantes nformações representatvas do comportamento do SAG, em áreas de recarga e descarga. III Smpóso de Geoestatístca em Cêncas Agráras 2

3 2.2 Levantamento de dados As meddas de compactação do solo foram coletadas com uso um aparelho eletrônco que mede a resstênca do solo à penetração, da marca FALKER, modelo Penetrolog PLG1020. Segundo SILVA et al. (2004), a preferênca em utlzar penetrógrafos para medr o estado de compactação está na pratcdade e rapdez na obtenção dos resultados. Os dados foram coletados sobre os dferentes cultvos, em forma de transcecto, com uma malha rregular de dstancamento. Durante as medções, fo feto um croqu dos lugares e pontos meddos, partndo da referênca dos poços de montoramento contdos nas parcelas, e com ajuda de um GPS esses dados foram georreferencados. Para os dados de compactação fo estabelecdo que acma de 2000 kpa, há compactação crtca, que de acordo com KLEIN et al.( 1998), nterfere no desenvolvmento das raízes das plantas e na nfltração hídrca nos solos. Posterormente os dados foram organzados em planlhas no Excel, para análse estatístca. 2.3 Análse Estatístca Incalmente fo realzada a analse exploratóra, para caracterzação do conjunto de dados, para sso foram calculadas meddas de posção (méda, mínmo e máxmo), e meddas de dspersão (varânca, desvo padrão e coefcente de varação). O coefcente de varação Gomes (1985), que classfcou os coefcentes de varação (CV) como baxos, quando nferores a 10%; médos, quando de 10% a 20%; altos, quando de 20% a 30%, e muto altos, quando superores a 30%. Após a análse estatístca os dados foram mportados para o software GS+, para análse espacal e confecção dos mapas. 2.4 Análse Geoestatístca A análse geoestatístca fo realzada com ntuto de verfcar a exstênca e estmar o grau de dependênca espacal entre as observações, com base na pressuposção de estaconaredade da hpótese ntrínseca, a qual é estmada pela Equação (1), segundo Vera et al. (1983). N h 1 2 Z (1) h 2N h 1 x Zx h Onde: N(h) é o número de pares expermentas de observações e Z(x) e Z(x + h) são os pares de pontos separados por uma dstânca h. Com o ajuste do varograma, por meo de um modelo matemátco teórco, é possível estmar os valores calculados de *(h) para os coefcentes de efeto pepta (C 0 ), patamar (C 0 + C 1 ), alcance (a) e o Índce de Dependênca Espacal (IDE) proposto por Zmback (2001), onde valores menores ou guas a 25 % é consderada fraca; de 26% a 75%, moderada, e maores ou guas a 75 %, dependênca forte. Para modelagem dos mapas, prmeramente foram ajustados os varogramas. Com os varogramas ajustados fo realzado o processo de nterpolação por krgagem Krgagem A Krgagem usa nformações a partr do varograma para encontrar os pesos ótmos a serem assocados às amostras com valores conhecdos que rão estmar pontos desconhecdos. Nessa stuação o método fornece, além dos valores estmados, o erro assocado a tal estmação, o que o dstngue dos demas algortmos de nterpolação (LANDIM; STURARO, 2002). O nterpolador geoestatístco, conhecdo como krgagem, é apresentado na Equação 2 e 3, segundo Mello et al. (2003):1 Equação para obtenção de pesos da A 1 b Onde: [A] -1 é a matrz nversa de varânca entre as localdades da vznhança de um ponto, determnada pelo modelo de varograma com base nas dstâncas eucldanas entre as localdades; [b] é matrz de varânca entre as localdades vznhas (com a varável estmada) e o ponto para o qual a varável será nterpolada, também determnado pelo modelo de varograma, com base nas dstâncas entre as localdades vznhas e o ponto a ser nterpolado; [ ] é a matrz de pesos da krgagem. 2 Equação da n X p X 1 (3) (2) III Smpóso de Geoestatístca em Cêncas Agráras 3

4 Onde: X p é a varável nterpolada; λ é o peso da -ésma localdade vznha; X : valor da varável para a - ésma localdade; n é o número de localdades vznhas empregadas para nterpolação do ponto. 3. Resultados e Dscussões 3.1 Análse Exploratóra dos dados Os valores obtdos na análse exploratóra dos dados encontram-se na Tabela 1. Tabela 1. Análse exploratóra dos dados Méda Mínmo Máxmo Desvo Padrão Varânca CV* (%) CM** , ,34 40,21 CMax*** , ,37 46,85 *Coefcente de varação, **Compactação méda, *** Compactação Máxma. Observa-se que a compactação méda dos solos da baca, está abaxo do nível crtco de 2000 kpa adotado para este trabalho (Klen et al., 1998). Entretanto o valor referente a compactação máxma, mostrase acma do esperado. Ao verfcar os valores de máxmo e mínmo percebemos como a méda é generalzante para o conjunto. Isso deve ao fato do solo apresentar grande varabldade. Ao analsar a dspersão dos dados, observa-se que há um alto desvo padrão, que se acrescentado a méda eleva os valores, acma do valor crtco adotado, a varânca dos dados é bem alta, que pode sgnfcar falta de correlação entre os dados, ou falta de dados na amostra, o CV, fo consderado muto alto, ressaltando a alta varabldade da amostra. Como trata-se de um estudo acerca de atrbutos do solo, deve-se levar em consderação a grande varabldade que se encontra, naturalmente neste tpo de análse. 3.2 Interpolação Geoestatístca Os varogramas ajustados para a compactação méda, compactação máxma, modelagem ndcatva para compactação méda e modelagem ndcatva para compactação máxma encontram-se nas Fguras 2 e 3, respectvamente, e os valores dos parâmetros de ajuste dos varogramas podem sem observados na tabela 2. Tabela 2. Parâmetros de ajuste dos Varogramas Varável Modelo A (m) Co+C Co IDE (%) CM Exponencal Cmáx Esférco , ,00 80 A 0: Valor do alcance obtdo; C 0: Efeto Pepta; C 0+C: Patamar; IDE: Índce de Dependênca Espacal. Fgura 2. Varograma ajustado para compactação méda. Fgura 3. Varograma para dados de compactação máxma. Para os dados de compactação méda, o modelo de varograma que melhor representou a dstrbução espacal dos dados fo o modelo exponencal, os valores de efeto pepta, que representa o espaço da III Smpóso de Geoestatístca em Cêncas Agráras 4

5 amostra que o varograma não consegue explcar a varânca, fo de , o valor de patamar ndcou que a nfluênca aleatóra dos dados nca-se em , são valores altos, entretanto não representam necessaramente falta de dependênca espacal, uma vez que essa fo de 85%, consderada como, dependênca forte entre os dados. devemos levar em consderação que os valores de compactação são altos. O alcance neste caso mostrou que a dstânca até onde exste dependênca espacal é de m. Para os dados referentes a compactação máxma, o modelo que melhor representou a dstrbução dos dados fo o esférco, os valores para efeto pepta( ) e patamar( ) são altos, porque os dados referentes a compactação máxma são mas altos, anda que, no caso da compactação méda, o valor de alcance demonstrou-se mas alto neste caso, assm a dstânca onde há dependênca espacal é maor para compactação máxma, sendo de m, o valor de IDE(80%) também demonstra forte dependênca espacal. 3.3 Mapeamento das varáves Os mapas obtdos pelo processo de nterpolação por krgagem para a compactação méda e máxma encontram-se nas Fguras 4 e 5. Fgura 4 Mapa de compactação Méda. Fgura 5 Mapa de compactação Máxma. Ao observar a fgura 4, verfcamos que, altos índces de compactação ocorrem na porção nordeste, da área mapeada, onde a compactação está acma 2200 kpa, sendo áreas de compactação preocupante, nesta regão há cultvo de cana-de-açúcar e ctros, que são culturas que, devdo a mplementação de pesados maqunáros agrícolas, exercem grande pressão sobre os solos. Nas regões centro-oeste e oeste da área mapeada, verfcamos níves menos elevados de compactação, nestas regões há presença de pastagens, e eucalpto planto, o fato do eucalpto ser recém plantado, apesar de ter sofrdo recentemente com tráfego ntenso de máqunas, teve a camada superfcal do solo revolvda para planto, sso torna a compactação mas leve, na camada superfcal (DEDECEK E GAVA, 2005). Na regão sul e sudoeste, verfcamos também altos índces de compactação, nessa regão, há presença de eucalpto em fase adulta de desenvolvmento, sendo provenente de uma rebrota. O eucalpto rebrota já passou desse processo ncal, e o fato de ser área de rebrota sgnfca que a área já não passa por operações de preparo do solo há mas de 10 anos, o que pode acabar crando uma nfluênca negatva deste tpo de cultvo nos processos de recarga. Na Fgura 5 o mapa de máxma compactação apresenta comportamento parecdo com o de compactação méda (Fgura 5), ou seja, as áreas com maores níves de compactação se repetem, entretanto para quase toda a área ao se tratar de níves máxmos de compactação, o valor encontrado sugere compactação crítca. Observamos a nordeste da área, onde há cultvo de ctros, uma pequena mancha com alto grau de compactação. As fguras 5 e 6 apresentam alguns ruídos em relação ao mapeamento, observado pelas formas quadrátcas apresentadas, algumas explcações para sso sera, o desempenho do nterpolador geoestatístco, a falta de espacalzação dos dados e a alta varabldade dos valores referentes à compactação. Esse tpo de análse deve ser consderado para que se evte a propagação de erros causados pelo nterpolador. III Smpóso de Geoestatístca em Cêncas Agráras 5

6 4. Conclusões Os dados estatístcos mostraram que os valores de compactação méda e máxma, dvergem consderavelmente, e os altos desvos padrão e coefcente de varação, evdencaram a alta varabldade dos dados. Os varogramas apresentaram grande dfculdade de ajuste, apesar de apresentar alto índce de dependênca espacal, sso deve a dstrbução espacal dos dados, que comprometeram também o desempenho do nterpolador, causando ruídos nos mapas fnas. Aos consderar o comportamento geral dos mapas, percebemos que a méda generalza os índces de compactação, e ao levar em consderação o índce de 2000 kpa, como nível de compactação crítca, os mapas para compactação máxma ndcaram que pratcamente toda área apresenta problemas em relação a resstênca do solo à penetração. Referêncas Bblográfcas BARRETO, C. E. A. G. Balanço hídrco em zona de afloramento de Sstema Aqüífero Guaran a partr de montoramento hdrogeológco em baca representatva. 2006, 249p. Dssertação (Mestrado em Engenhara) - Escola de Engenhara de São Carlos, (Unversdade de São Paulo) São Carlos, CUNHA, J. P. A. R.; VIEIRA, L. B.; MAGALHÃES, A. C. Resstênca mecânca do solo a penetração sob dferentes densdades de água. Engenhara na Agrcultura, v.10, n.1-4, 7 p. Jan./Dez., DEDECEK, R. A; GAVA, J. L. Influênca da compactação do solo na produtvdade da rebrota de eucalpto. Revsta Árvore, v. 29, n. 3, p , Vçosa-MG, GOMES, F. Curso de estatístca expermental. São Paulo: Esalq, p. KLEIN, V. A.; LIBARDI, P. L.; SILVA, A. P. Resstênca mecânca do solo à penetração sob dferentes condções de densdade e teor de água. Engenhara Agrícola, Jabotcabal, v.18, n. 2, p ,1998. LANDIM, P. M. B.; STURARO, J. R. Krgagem ndcatva aplcada à elaboração de mapas probablístcos de rscos. Ro Claro: Unesp, p. Dsponível em: < Acesso em: 29 ago SILVA, V. R.; REICHERT, J. M.; REINERT, D. J. Varabldade espacal da resstênca do solo à penetração em planto dreto. Revsta Cênca Rural, v. 34, p , VIEIRA, S. R. et al. Geostatstcal theory and applcaton to varablty of some agronomcal propertes. Hlgarda, Berkeley, v. 51, n. 3, p. 1-75, ZIMBACK, C. R. L. Análse espacal de atrbutos químcos de solos para fns de mapeamento da fertldade p. Tese (Lvre-Docênca em Levantamento do solo e Fotopedologa)-Faculdade de Cêncas Agronômcas, Unversdade Estadual Paulsta, Botucatu, III Smpóso de Geoestatístca em Cêncas Agráras 6