USO DO MODELO RUSLE COM ENFOQUE NO FATOR PERDAS DE SOLO E MANEJO PARA ÁREAS DE REFLORESTAMENTO DE PINUS

Transcrição

1 USO DO MODELO RUSLE COM ENFOQUE NO FATOR PERDAS DE SOLO E MANEJO PARA ÁREAS DE REFLORESTAMENTO DE PINUS Ângela Grando angela.grando@gmail.com Universidade Federal de Santa Catarina UFSC Camila Belleza Maciel camilabelleza@hotmail.com Universidade Federal de Santa Catarina UFSC Cláudia Weber Corseuil cwcorseuil@hotmail.com Universidade Federal de Santa Catarina UFSC Marciano Maccarini ecv1mac@ecv.ufsc.br Universidade Federal de Santa Catarina UFSC Masato Kobiyama kobiyama@ens.ufsc.br Universidade Federal de Santa Catarina UFSC Rafael Augusto dos Reis Higashi rafael.higashi@unisul.br Universidade do Sul de Santa Catarina UNISUL Ulysses Ribas Junior e Reinaldo Langa secretaria@mobasa.com.br Battistella Florestas RESUMO Este estudo teve como objetivo estimar as perdas de solo em áreas de reflorestamento de Pinus taeda e, conseqüentemente, recomendar corretas práticas de manejo. Foram realizados ensaios com parcelas, quantificando a perda de solo por meio de amostras de sedimentos obtidos em campo, semanalmente durante um ano. Para isto, utilizou-se o modelo RUSLE, que engloba fatores naturais e antrópicos. Dos fatores utilizados, somente o fator manejo do solo foi controlado por meio do experimento, utilizando escarificador e plantio direto. ABSTRACT This study aimed to estimate the Soil loss in areas of reforestation of Pinus taeda and, therefore, recommend proper management practices. Test were conducted with plots, quantifying the loss of soil through samples obtained from sediments in the field, every week during one year. For this, using the RUSLE model, which includes natural and antrhropic factors. Within the factors used, only the factor soil management was controlled, by means of experiment, using scarifier and tillage. keywords: Soil loss, soil management; RUSLE.

2 INTRODUÇÃO A intervenção humana, por meio de atividades agroflorestais em áreas com grande declividade e o desmatamento de encostas e margens de rios, propicia a redução da infiltração de água no solo e, por conseguinte o aumento do fluxo superficial. Esses fatores acabam favorecendo a instalação de processos de erosão do solo que desestabilizam encostas e confere maior carga sedimentar ao fluxo de água no canal. A água escoada torna-se um dos principais agentes responsáveis pelos processos de erosão, incluindo o destacamento, o transporte e a deposição das partículas de solo. A deterioração da qualidade da água dos rios vincula-se ao desequilíbrio no aporte de sedimentos finos nos canais, produzindo turbidez. A carga suspensa é constituída de partículas de silte e argila, que se conservam suspensas até a velocidade do fluxo decrescer, depositando-se ao longo do rio. No mundo, os estudos sobre erosão foram iniciados no setor agrícola, criando o modelo Universal Soil Loss Equation (USLE) (Wischmeier & Smith, 1978) que considera influências da chuva, tipo de solo, relevo, cobertura e conservação. A USLE, por se tratar de um modelo empírico ela envolve além dos erros amostrais erros de modelo devido à simplificação da formulação e dos efeitos de variáveis não mensuradas. Até hoje poucos trabalhos vêm sendo feitos com os modelos USLE e RUSLE para áreas florestais (Dissemeyer & Foster, 1985; Kitahara et al., 2000). No entanto, considerando que a maioria das cabeceiras de quaisquer bacias está coberta com florestas ou áreas de reflorestamento e grande parte delas é de captação de água para consumo, portanto, é muito útil realizar estudos sobre erosão nas áreas florestais com os USLE e/ou RUSLE. Assim, as perdas do solo em áreas com diferentes manejos para o plantio de Pinus taeda, com enfoque no fator manejo, foram estimadas por meio do método de parcelas no município de Rio Negrinho/SC, onde uma rede de bacias-escola vem sendo implantada (Kobiyama et al., 2009). MATERIAIS E MÉTODOS Área de Estudo Os experimentos foram instalados na Fazenda Rio Feio, pertencente à empresa Battistella Florestal, situada no município de Rio Negrinho-SC. O município se localiza no planalto norte Catarinense e faz parte da Bacia do Rio Iguaçu. Tendo sua altitude média de 792 m, o município encontra-se sob influência do clima Mesotérmico,

3 subtropical úmido, com verões frescos, sem estação seca e com geadas severas freqüentes. Segundo Kobiyama et al. (2004), a temperatura média anual na região é de 18,3 ºC e a precipitação média anual é de mm. O substrato do município de Rio Negrinho é formado por rochas sedimentares pertencentes aos Grupos Itararé e Guatá, do Super Grupo Tubarão (Bortolozzi & Silva, 1987). Segundo o mapa de solos da EMBRAPA (2004) para o Estado de Santa Catarina, em escala 1: , o solo na fazenda Rio Feio caracteriza-se como Cambissolo Álico Tb A moderado (Ca9), textura argilosa, fase floresta subtropical perenifólia, relevo suave ondulado e ondulado. A área experimental é composta por quatro parcelas situadas entre as latitudes S e S e as longitudes W e W, ilustrados na Figura 1. Figura 1 - Área de estudo Com base nos tipos de manejo de solo e declividade de relevo, as parcelas foram nomeadas como descrito na Tabela 1. Tabela 1 - Identificação das parcelas Parcelas Manejo Declividade R1-20 Escarificador 20% R2-20 Escarificador 20% PD1-20 Plantio direto 20% PD2-20 Plantio direto 20% Os dois tipos de manejo adotados compõe: preparo do solo utilizando-se um trator de esteira com garfo frontal e escarificador traseiro para a remoção do material vegetal depositado sobre o solo e preparo para o plantio direto sobre os restos vegetais da

4 floresta que sofreu corte raso, retirando apenas os galhos maiores. As linhas de plantio distam entre si 2,5 m e a área de cada parcela foi determinada abrangendo duas linhas com 5 m de largura e 15 m de comprimento totalizando área de 75 m 2 (Figura 2). Figura 2 - Esquema do experimento Para a instalação das parcelas e a delimitação da área de coleta foram utilizadas tábuas de madeira com 20,0 cm de largura e 2,5 cm de espessura. Esta delimitação evitou a entrada e a saída de água do escoamento das precipitações para o interior das parcelas. Na parte inferior das mesmas, foi instalado um sistema de calha de zinco trapezoidal, para a coleta do material erodido. Este sistema conduz água e sedimentos para dois tambores, com capacidade de armazenamento de 200 litros cada. Os tambores e a calha foram cobertos com chapas de madeira e na seqüência, foram plantadas as mudas de Pinus taeda (Figura 3). Figura 3 Experimento final das parcelas

5 Aplicação do Modelo RUSLE Para predizer as perdas de solo sob as condições de manejo avaliadas, utilizou-se o modelo RUSLE, Equação (1). Esse modelo engloba fatores naturais, caracterizando o potencial natural de erosão (PNE), e fatores antrópicos (uso do solo e fator manejo), além da perda de solo anual, representada por (A) em t ha -1 ano-1. A = P N E C P (1) Os valores para o fator uso do solo (C) foram constantes, pois a área de estudo possui a mesma cobertura vegetal, fase inicial de crescimento. Já o fator manejo do solo (P), será obtido com base nos outros parâmetros. O PNE, proposto por Wischmeier & Smith (1978), é determinado conforme a Equação (2): PNE = R K LS (2) onde: R é a erosividade da chuva em MJ mm ha -1 h-1 ano-1 ; K é a erodibilidade em t h MJ -1 mm-1 ; LS é o fator topográfico (adimensional). Foram utilizados dados de isoerosividade anual da chuva do município de Rio Negrinho, obtidos por Checchia et al. (2006), onde foram utilizados dados pluviométricos diários de 1994 até 2005 e a erosividade anual foi determinada através da soma do coeficiente EI 30, calculado para cada evento erosivo de chuva (Bertoni & Lombardi Neto, 1999). Para a obtenção dos valores da erodibilidade do solo, foi utilizado o método proposto por Wischmeier et al. (1971) que tem como base os parâmetros textura, estrutura, classes de permeabilidade e porcentagem de matéria orgânica. Amostras de solo, contendo 500 gramas cada, coletadas de acordo com a declividade e manejo da área de estudo foram encaminhadas ao Laboratório de Análises de Solo da CIDASC (Companhia Integrada de Desenvolvimento Agrícola de Santa Catarina), onde o teor de matéria orgânica, porcentagem de areia e silte e o tipo de solo foram determinados. As classes da estrutura do solo foram conhecidas por meio das estabelecidas pelo IBGE (2005). Para a obtenção das classes de permeabilidade, relacionou-se a porcentagem de silte com areia conforme SCS (1977). Assim, utiliza-se a Equação (3) proposta por Wischmeier et al. (1971) para calcular K. 1,14 4 0,1317 2,1M ( 10 )( 12 a) + 3,25( b 2) + 2,5( c 3) K = (3) 100

6 onde: M é o fator textura; a é o teor de matéria orgânica em %; b é a estrutura do solo; c é a permeabilidade do perfil de solo. O fator da textura é definido por s a quantidade de silte em %; af de areia fina em %; e ar de argila em % calculado na Equação (4). M = ( s + af ) (100 ar) (4) A topografia é considerado por meio do fator topográfico LS (Length-Steepness), L é o comprimento do relevo (m) e S é o gradiente de declividade (%), segue a Equação (5). LS L S 2 ( 1,36 + 0,97 S + 0,1385 S ) = (5) Estimativa da Perda de Solo A coleta de água e sedimentos foi realizada semanalmente no período de março de 2007 até março de O material retido nos tambores foi homogeneizado, para na seqüência, serem coletadas as amostras de cada parcela. A perda de solo total foi estimada com base em análises laboratoriais de quantidade de sedimento e água (Figura 4). Com o volume de água medido nos tambores e a quantidade de sedimento produzido em mg/l foi possível quantificar a perda de solo em toneladas. A área das parcelas foi transformada de metros quadrados para hectare e o período de coletas semanais para ano, quantificando a perda de solo em cada manejo. Figura 4 Análise laboratorial de quantidade de sedimento

7 RESULTADOS E DISCUSSÃO Estimativa da Perda de Solo Os valores de perda de solo foram quantificados com base na média de perdas nas parcelas mostrados na Tabela 2. Tabela 2 Média das perdas de solo por período Coletas Manejo com Manejo com Escarificador Plantio Direto (Dias) R 20 (t/ha) PD 20 (t/ha) A Figura 5 ilustra a variação das médias entre os manejos em estudo e mostra a tendência dos dois para o período de um ano. Da figura 5, também é possível obter as oscilações maiores para manejo com escarificador em relação ao plantio direto.

8 Variação da Perda de Solo entre os Manejos R 20-Escarificador 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0, Perda de Solo (t/ha) PD 20-Plantio Direto Linha de Tendência R 20 Linha de Tendência PD 20 Tempo de Coleta (dias) Figura 5 Variação entre as perdas de solo para os manejos Observando a figura acima, pode-se concluir que as maiores perdas ocorrem nos períodos iniciais após o preparo do solo e tendem a estabilizarem-se ao longo do tempo. Quantificando as perdas, obteve-se a perda anual correspondente para cada parcela, como mostrado na Tabela 3. Tabela 3 - Perda de solo anual Manejo Declividade (%) Perda de solo anual A (t ha -1 ano-1 ) Escarificador (R-20) 20 0,17830 Plantio direto (PD-20) 20 0,09364 Observando a Tabela 3, nota-se que para a mesma declividade, as perdas maiores ocorreram nas parcelas que utilizam manejo com Escarificador. Fatores do Modelo RUSLE A partir dos mapas de isoerosividade mensais gerados por Checchia et al. (2005), o presente trabalho gerou os valores de erosividade da chuva para a área de estudo. Com os dados da Tabela 4, obtem-se um valor de erosividade anual, isto é, 6970 MJ mm ha -1 h-1 ano-1. A tabela mostra que nos meses de abril, maio e agosto ocorrem reduções nos índices de erosividade, devido aos baixos índices pluviométricos. Os valores de M da Equação (4) resultam das análises da granulometria da Tabela 5. O teor de matéria orgânica foi analisado e está expresso em porcentagem como a. As amostras coletadas em campo apresentaram-se sob a forma granular, segundo a classificação do IBGE (2005). Desta forma, o valor de b é 3. Pela classificação

9 ARS/USDA (1994), a permeabilidade foi determinada relacionando-a com a textura do solo, ou seja, a partir da porcentagem de silte e areia, obtendo assim, o valor de c da Tabela 5. Usando a Equação (3) com os dados de M, a, b e c, o valor de K para cada parcela foi determinado como mostrado na Tabela 5. Tabela 4 - Erosividade média mensal na área de estudo Mês Erosividade média (MJ mm ha -1 h-1 mês-1 ) Janeiro 1140 Fevereiro 905 Março 510 Abril 229 Maio 183 Junho 375 Julho 522 Agosto 242 Setembro 656 Outubro 889 Novembro 545 Dezembro 774 Tabela 5 Características do solo Amostras R-10 R-20 PD-20 Areia grossa (%) 4,90 3,50 4,40 Areia fina (%) 32,70 32,00 45,70 Silte (%) 38,40 46,50 23,90 Argila (%) 24,00 18,00 26,00 M 5403,6 6437,0 5150,4 a (%) 6,8 >10,0 3,6 Estrutura do solo Granular grosseira B Permeabilidade Muito lenta Lenta Muito lenta C K (t h MJ -1 mm-1 ) 0,133 0,094 0,147 Da Tabela 5 é possível observar que a maior erodibilidade ocorreu nas parcelas com plantio direto. Isto se deve às características do solo, que apresenta porcentagens mais elevadas de areia e menores teores de matéria orgânica, em relação às demais. Os valores de L e S são 15 m e 10% ou 20%, respectivamente. Assim, utilizando a Equação (5), obtêm-se o valor de LS de 14,75 para declividade 20%. Por meio da Equação (2), os valores de PNE foram calculados conforme Tabela 6. O plantio direto apresentou maior PNE em relação à área utilizando escarificador devido à erodibilidade do solo apresentar-se maior nesta área. Tabela 6 - Potencial Natural de Erosão para cada parcela Parcelas R-20 PD-20 PNE (t ha -1 ano-1 ) 9663, ,70

10 Apesar de o PNE estimar as perdas máximas dos solos, ele considera somente os parâmetros do meio físico, correspondendo às estimativas de perdas de solo em áreas destituídas de cobertura vegetal e sem qualquer intervenção antrópica. Estes fatores são determinantes para quantificar as perdas de solo nas condições de campo reais. Os fatores antrópicos são os fatores de cobertura vegetal (C) e o fator manejo de solos (P) em unidades adimensionais e decisivos na predição de erosão para diferentes culturas. Os valores do fator C utilizados neste estudo são para algumas classes de cobertura vegetal do solo com pouca proteção vegetal. A Tabela 7 demonstra valores de alguns autores para o fator C. Tabela 7 - Valores para o fator C cobertura vegetal Classes de cobertura vegetal Fator C Corte Raso 0,0014 (1) Reflorestamento 0,001(2) Solo Exposto 1(3) Fonte: (1) KITAHARA et al. (2000) (2) PINTO (1995), (3) RIBEIRO (2000) Considerando que o corte raso e solo exposto compreendem a mesma situação de cobertura do solo para o período de estudo, tais valores foram utilizados para estimar o valor de prática P. Assim, modificando a equação do modelo RUSLE, Equação (1), obtém-se valores de P para os dois manejos estudados, Equação (6). P = A ( PNE ) C (6) Assim, os valores de P para os dois manejos foram estimados, conforme Tabela 8. Tabela 8 Fator de P para cada manejo Manejo Fator C Escarificador Plantio direto P 0,0014 (1) 1,3 x ,4 x 10-3 P 0,001 (2) 1,9 x ,2 x 10-3 P 1 (3) 1,9 x ,2 x 10-6 Fonte: (1) KITAHARA et al. (2000) (2) PINTO (1995), (3) RIBEIRO (2000) A partir dos valores calculados na Tabela 8 para o fator prática, é possível notar que a prática com plantio direto, utilizando diferentes valores de cobertura vegetal, quando comparada com o manejo utilizando escarificador, indica uma redução na perda de solo, apresentando-se como o melhor manejo. CONSIDERAÇÕES FINAIS Os resultados obtidos neste estudo de perda de solo em área de reflorestamento de pinus, no município de Rio Negrinho SC permitem concluir que:

11 As parcelas permitiram determinar a produção de sedimentos em áreas de reflorestamento de pinus com manejos diferentes, apresentando a tendência de estabilizarem-se ao longo do tempo. O valor de PNE apresentou maior na área de plantio direto em relação à área utilizando escarificador devido à erodibilidade do solo apresentar-se maior nesta área. Adotando-se diferentes valores do fator C, cobertura vegetal, os valores de P, práticas de manejo, mostraram-se maiores para utilização de escarificador. Assim, foi determinada que a prática de manejo do solo com plantio direto produz as menores perdas de solo para as condições de estudo. Considerando que não se dispõe de um banco de dados de manejo florestal, não é possível fazer comparações de perdas de solos para mesmo uso. Futuros trabalhos serão realizados, através do monitoramento das perdas de solo em diferentes períodos do ciclo de crescimento da vegetação, além de ensaios geotécnicos para determinação do fator erodibilidade do solo no local de estudo e capacidade de infiltração do mesmo. AGRADECIMENTOS O presente trabalho foi financiado parcialmente pelo projeto Monitoramento e Modelagem Hidrossedimentológica de Bacias Hidrográficas Rurais na Região Serrana Catarinense (MCT/CNPq/CT-Hidro 13/2005). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARS/USDA (1994). Predicting Soil Erosion by Water A Guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). USA- Washington, 384 p. BERTONI, J. & LOMBARDI NETO, F. (1999). Conservação do solo. 4ª edição. Ícone São Paulo-SP, 355 p. BORTOLOZZI, C. A; SILVA, L. C. Texto explicativo para o mapa geológico de Santa Catarina. Florianópolis: 11 Distrito do Departamento Nacional de produtos minerais, coordenadoria de recursos Minerais de Secretaria de Ciência e Tecnologia, Minas e Energia, CHECCHIA, T.; CHAFFE, P.L.B.; KOBIYAMA, M.; RIBAS JR., U.; LANGA, R.; BASSO, S. (2006) Distribuição espacial e temporal da erosividade da chuva no Município de Rio Negrinho e região adjacente no Estado de Santa Catarina. In: VI Simpósio Nacional de Geomomorfologia e Regional Conference on Geomorphology (2006: Goiánia) Goiânia: UFG, Anais, p. CD-rom.

12 DISSEMEYER, G.E. & FOSTER, G.R. (1985). Modifying the universal soli loss equation for forest land. El-Swaify, S. A.; Moldenhauer, W. C., Lo, A. (eds). Soil Erosion and Conservation. Ankeny: Soil Conservation Society of America, pp EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA EMBRAPA. Solos do Estado de Santa Catarina. Apoio: Embrapa Solos. Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento; n. 46. Rio de Janeiro, IBGE (2005). Manual Técnico de Pedologia. 2ª edição. Rio de Janeiro. KITAHARA, H.; OKURA, Y.; SAMMORI, T.; KAWANAMI, A. (2000). Application of Universal Soil Loss Equation (USLE) to mountainous forests in Japan. J. For. Res., Tokyo, v.5, pp KOBIYAMA, M.; FRUET, D.; LIMA, R.T.; MARSCHNER, S.; GUIMARÃES, L.M.R.; CHAFFE, P.L.B. (2004). Estudo hidrológico comparativo entre três pequenas bacias experimentais no município de Rio Negrinho - SC: (1) Descrição. In: Encontro Sul-Americano de Geomorfologia (1: 2004: Santa Maria) Santa Maria: UFSM, Anais, p. (CD-rom). KOBIYAMA, M.; CHAFFE, P.L.B.; ROCHA, H.L.; CORSEUIL, C.W.; MALUTTA, S.; GIGLIO, J.N.; MOTA, A.A.; SANTOS, I.; RIBAS JUNIOR, U.; LANGA, R. (2009) Implementation of school catchments network for water resources management of the Upper Negro River region, southern Brazil, in From Headwaters to the Ocean: Hydrological Changes and Watershed Management. Org. por TANIGUCHI, M.; BURNETT, W.C.; FUKUSHIMA, Y. HAIGH, M.; UMEZAWA, Y. London: Tayor & Francis Group, pp PINTO, S. A. F. Utilização de técnicas de sensoriamento remoto para a caracterização de erosão do solo no SW do Estado de São Paulo1982. Dissertação (Mestrado) São José dos Campos: Instituto Nacional de Pesquisa Espacial, RIBEIRO, S. L. Aplicação do sistema de informação geográfica nacional ao estudo de erosão dos solos por meio do modelo EUPS na microbacia hidrográfica do Ribeirão Araquá-SP Dissertação (Mestrado em Geografia). Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Universidade Estadual Paulista. Rio Claro. SCS/USDA (1977). Guides for erosion and sediment control, Davis, Califórnia. WISCHMEIER, W.H. & SMITH, D.D. (1978) Predicting soil erosion losses: a guide to conservation planning. Washington: USDA, 58p. (Agriculture Handbook n. 537.) WISCHMEIER, W.H.; JOHNSON, C.B.; CROSS, B.V. (1971). A soil erodibility nomograph for farmland and construction sites. Journal of Soil and Water Conservation, v.26, pp