Interceptação em Floresta de altitude na serra do Mar, Rio de Janeiro

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1 Interceptação em Floresta de altitude na serra do Mar, Rio de Janeiro Rafael Silva Barboza 1 ; Alexandre Chaboudt Borges 2 ;Julia Kishida Bochner 1 ; Ricardo Valcarcel 3 1 Acadêmico do Curso de Engenharia Florestal da UFRuralRJ; 2 Aluno do Curso de Mestrado em Ciências Ambientais e Florestais da UFRuralRJ; 3 Professor adjunto IV do Departamento de Ciências Ambientais, Instituto de Florestas da UFRuralRJ Palavras-chave: Precipitação, floresta de altitude, perda por interceptação e precipitação interna. Resumo As florestas de terras altas das bacias da Serra do Mar têm serviços ambientais ainda não claramente definidos. Este trabalho teve como objetivo avaliar a interceptação em Floresta Ombrófila Densa Montana situada em bacia de captação para abastecimento da cidade de Nova Friburgo, RJ. O estudo foi conduzido no período de dezembro de 23 a janeiro de 24, em uma área representativa de floresta de altitude, a 16m, pertencente a APA do Pico do Caledônia e Parque Estadual de Três Picos. Por meio de 5 pluviômetros instalados no interior da floresta e um pluviômetro em local aberto, foram quantificadas, as parcelas de água de chuva referentes a perda por interceptação (IC) e precipitação interna (PI), correspondendo, em média, a -25,46%, 125,66% da precipitação externa total (PE). Ficou evidenciado que a cobertura florestal propicia um adicional de umidade quando localizada em regiões com forte interceptação da bacia aérea. Abstract The forests of the high areas of the Serra do Mar basins have environmental services not clearly defined. The objective of this work is to value the interception at Rain Forest located in basin of capture that provides water supply for Nova Friburgo s city. The experimental period took place from December of 23 to January of 24, in a representative area of altitude forest, at 16m high. The study s area belongs to Pico do Caledônia Environmental Preservation Area (APA) and to State Park of Três Picos. By using 5 pluviometers installed at the forest inside, and one pluviometer set at the forest outside was determined how much rain s water were lost through interception and throughfall. Corresponding on average 25,46%, 125,66% of the total external precipitation verified in the period. Showing that the florestal covering located at regions with strong interception of the air basin promotes an increase of the humidity. Introdução O efeito da floresta sobre a precipitação pluviométrica determina a estabilidade do ciclo hidrológico em uma dada área da fase litosfera (MOLCHANOV, 1971; SATTERLUND, 1972; CESAR, 1994). As precipitações orográficas decorrem do choque das massas de ar úmidas com barreiras físicas (Serra do Mar), que promovem sua ascensão, resfriamento e posterior precipitação (FIDERJ, 1978, NIMER, 1979, NETTO, 1994). A interceptação é a quantidade de chuva retida na cobertura florestal que regressa a atmosfera (LIMA, 1986), porem ela tem outros significados hidrológicos, como reduzir a intensidade da chuva e favorecer a infiltração e recarga dos lençóis freáticos, além funcionar como um provedor adicional de umidade quando localizada em regiões com forte interceptação da bacia aérea (VALCARCEL, 1982). SINGH (1987) menciona que as características climatológicas locais, no que diz respeito principalmente à velocidade e direção do vento, além de umidade relativa, interferem diretamente no volume de chuva interceptado pelas copas. Segundo FURIAN (1987) as massas de ar equatoriais e tropicais imprimem uma dinâmica climática caracterizada por um clima úmido, com fortes influências da altitude e dos efeitos orográficos da Serra do Mar. Objetivou-se avaliar a interceptação em Floresta Ombrófila Densa Montana situada em bacia de captação para abastecimento da cidade de Nova Friburgo, RJ. Material e métodos a) Caracterização da área de estudo

2 O experimento foi desenvolvido entre os divisores das bacias do rio Cachoeiras de Macacu (vertente Atlântica) e Bengala (bacia do rio Paraíba do Sul), em um trecho de encosta da Serra do Mar do Rio de Janeiro, à 16m de altitude (Figura 1), durante o período de dezembro de 23 a janeiro de 24. A área pertence a APA do Pico do Caledônia e Parque Estadual dos Três Picos, no município de Nova Friburgo RJ, entre as coordenadas geográficas 24 e 26 S e 5 e 52 W. Foi realizado um transecto de 1 por 4 metros, totalizando 4 m 2, para construir o perfil diagrama (Figura 2). Os dados mensurados para a realização do perfil de cada árvore foram: distância da linha central do transecto, altura total, diâmetro (DAPcm), altura do primeiro ramo da copa e diâmetro máximo da copa. A precipitação externa (PE) foi determinada com pluviômetro (54,1 cm 2 ), instalado em local aberto, distante 5 m da cobertura vegetal. A precipitação dentro da floresta (PI) foi medida através de cinco pluviômetros, dispostos 25 metros entre si. As coletas foram realizadas as 9:h com periodicidade diária, entre 18 de dezembro de 23 a 17 de janeiro de 24. b) Análise dos dados A interceptação foi calculada a partir da diferença entre os volumes de chuva colhida fora e dentro da floresta (Fórmula 1). IC = PE PI (1) Figura 1: Nova Friburgo RJ, em destaque (seta preta e seta tracejada: direção da entrada de frentes frias) a localização da área em estudo. (Fonte IBGE). A cobertura florestal constitui-se em Floresta Ombrófila Densa Montana com transposição para campos de altitude (IBGE, 1991). As plântulas, epífitas e lianas são abundantes, assim como, a ocorrência de bambus e palmeiras (LIMA & GUEDES-BRUNI, 1997). A microbacia encontra-se entre os Pico da Pedra K2 (1.75 m) e Caledônia (2.252 m), tem área (3 ha), perímetro (9,4 km) e cumprimento (3,5 km) com vegetação e parcelamento parcial dos terrenos. Apresenta rios de 2ª ordem, índices de compacidade (1,52), circularidade (,32) conformando aspecto alongado. O tempo de concentração (1 h; 38 m) e deflúvio médio mínimo anual de 2 l/s (C.A.E.N.F 24 comunicação pessoal) enfatizam a importância para a região. b) Metodologia Em que: IC = Interceptação pelas copas (mm.m -2 ) PE = Precipitação total externa (mm.m -2 ) PI = Precipitação interna (mm.m -2 ) Os valores de escoamento pelo tronco variam entre 1% - 2% da precipitação total (PE) (VALCARCEL, 1982), motivo pelo qual não foram colhidos. d) Análise estatística Foram realizadas regressões simples entre a precipitação total externa (variável independente) e as precipitações internas (variável dependente), determinando-se os ajustes e tendências. PI a + bpe = (2) Em que: a e b são os coeficientes linear e angular, respectivamente. Os dados tiveram suas normalidades testadas por pluviômetro, pelo teste de Kolmogorov-Smirnov e Liliefors no programa Statistica versão 5.. A partir daí realizou-se um teste t para comparar os pluviômetros internos entre si e com o externo.

3 Resultados e discussão Pelo perfil diagrama apresentado na Figura 2, nota-se que o porte da vegetação diminui com o aumento da altitude acarretando em maior adensamento da floresta. Alt it u d e ( m ) A A Corte A A Figura 2: Perfil diagrama de vegetação. Os dados obtidos de precipitação interna (PI) e precipitação total externa (PE), referentes a 31 medições diárias (Tabela 1), mostram que o período foi excepcional na região, as chuvas apresentaram um comportamento médio de 25,36mm/dia (PE) e 31,96mm/dia (PI). A interceptação pelas copas (IC), resultado da diferença entre a precipitação externa (PE) e precipitação interna (PI), apresentaram perdas somente nos pluviômetros 1, 2 e 3. Os valores de perdas são baixos quando comparados ao trabalho realizado por VALCARCEL (1982), que encontrou 19% de interceptação pela copa. Tabela 1: Valores totais e percentuais de precipitação, coeficiente de determinação (R 2 ), coeficiente angular (b), coeficiente da reta (a), suas respectivas significâncias e altitude aproximada de cada pluviômetro. PE Ppt IC R2 b a Alt.(m) PE mm 786,2 156 PL1 mm 669,1 117,2 72,11,74 2, % 85,1 15,9 1% 1% n.s. PL2 mm 743,5 42,73 67,58,84 2, % 94,6 5,4 1% 1% n.s. PL3 mm 717,3 68,9 85,56,88, % 91,2 8,8 1% 1% n.s. PL4 mm 976, ,17 1,7 4, % 124,2-24,2 1% 1% n.s. PL5 mm 1833,4-147,2,49 1,7 16, % 233,2-133,2 1% 1% n.s. O PL4 (976 mm) e PL5 (1833 mm) resultam em valores de IC negativos, ou seja, choveu mais no interior da floresta do que na parte externa. Enfatizando o que foi observado por LIMA (1981), onde a precipitação interna sob uma cobertura florestal não pode ser considerada constante em locais de características físicas e biológicas diferentes. Durante o período que não esta chovendo, a elevada altitude confere uma redução da temperatura no fim do dia, reduzindo a capacidade de retenção de vapor d água pela atmosfera, ou seja, o ar fica saturado e a água no estado de vapor retorna ao estado líquido (orvalho) (OTTONI-NETTO, 1993). Existindo então uma maior superfície de contato, como é o caso do sub-bosque (Figura 2), maior a taxa de condensação. O fenômeno da interceptação pela copa é inevitável de ocorrer em qualquer ecossistema florestal, e nos referidos pluviômetros onde os valores encontrados tenham sido superiores ao externo (124,2% e 133,2%), indica outra entrada de água (energia) no sistema. Havendo precipitação interna sem ocorrência de chuva, à interceptação vertical (condensação de superfície) torna-se essa entrada. A carência de estudos voltada para estas regiões, deixa dúvidas sobre os serviços ambientais prestados por suas florestas. E quando se pensa que nos ecossistemas florestais a existência de um bolsão de umidade sob o dossel, diminui a evaporação e aumenta a probabilidade de ocorrer a condensação desse vapor d`água. Este fato associado ao aumento da altitude com conseqüente diminuição da temperatura e a transposição para campos de altitude com aumento do sub-bosque acarreta em uma

4 importância cada vez maior da cobertura florestal na produção de água. Esta hipótese ainda não esclarecida, mostra a necessidade de estudos a serem feitos nesta região. A Tabela 2 explica as diferenças encontradas no valor p, onde a hipótese testada determina estatisticamente a diferença dos pluviômetros entre si. Tabela 2 Valor p do Teste t para observações dependentes (correlatas) PL1 PL2 PL3 PL4 PL5 PE PL1 1,,213,6291,,1,1476 PL2,213 1,,822,37,1,6389 PL3,6291,822 1,,25,9,2345 PL4,,37,25 1,,12,33 PL5,1,1,9,12 1,,8 PE,1476,6389,2345,3,8 1, Os resultados referentes ao PL1, PL2, PL3 e PE, mostram que estatisticamente eles são iguais, no entanto diferentes do PL4 e PL5, sendo esta diferença significativa a menos de 1%. O pluviômetro 4 apresenta um baixo valor p quando comparado aos demais pluviômetros (PL1, PL2, PL3, PL5 e PE), mostrando que difere estatisticamente de todos. O mesmo foi observado com o PL5, que difere de todos os outros a uma significância de menos de 1%. Observa-se que existe influência (fatores bióticos ou mesmo pela diferença de altitude) na precipitação interna. A diferença de altitude existente entre o PE e o PL5, é de aproximadamente 1 metros, o que na teoria abaixaria em aproximadamente 1, C a temperatura (NIMER, 1979, TARIFA, s/d). Favorecendo a condensação na superfície vegetal. Por outro lado nas formações serranas (como no caso a Serra do Mar), observa-se nas mais elevadas altitudes, devido a baixa temperatura e solos rasos, uma transposição lenta e gradual da Floresta Ombrófila Densa Montana para Campos de Altitude, como observado por LIMA & GUEDES-BRUNI (1997) na serra de Macaé de Cima. Com isso cabe principalmente, ao fator biótico o aumento da precipitação interna observada no experimento. As Figuras 3, 4, 5, 6 e 7 foram obtidas pela relação entre os valores individuais da precipitação interna com a precipitação total, em milímetros. De acordo com a curva de regressão apresentada na Figura 3, constatou-se, por meio do coeficiente de determinação, que cerca de 72,11% da precipitação interna pode ser explicada pela precipitação total. As demais regressões apresentaram valores de 67,58%, 85,56%, 88,17% e 48,71%,respectivamente. Estes valores podem ser considerados elevados quando realizados com dados ambientais. Ao analisar a significância dos coeficientes, observa-se que são os coeficientes angulares (b), estão fornecendo um melhor ajuste ao modelo visto os baixos valores p encontrados. Os coeficientes de Interseção (a) apresentaram valores p elevados, indicando que não está bem definido o ponto onde a reta criada pelo modelo irá coincidir com o eixo y. PL1(mm) y =,744x + 2,7117 R 2 =,7211 Figura 3 Reta de regressão dos valores da precipitação interna no pluviômetro 1, em função da externa. PL2(mm) y =,8417x + 2,6384 R 2 =,6758 Figura 4 - Reta de regressão dos valores da precipitação interna no pluviômetro 2, em função da precipitação externa. PL3(mm) y =,8831x +,7417 R 2 =,8556 Figura 5 - Reta de regressão dos valores da precipitação interna, em função da precipitação externa, no pluviômetro 3.

5 PL4(mm) y = 1,716x + 4,3133 R 2 =,8817 Figura 6 - Reta de regressão dos valores da precipitação interna no pluviômetro 4, em função da externa. PL5(mm) y = 1,6965x + 16,116 R 2 =,4871 Figura 7 - Reta de regressão dos valores da precipitação interna no pluvi ômetro 5, em função da externa. Em todas as regressões acima os coeficientes da reta (a) apresentaram-se elevados determinando seu pouco ajuste no modelo, propiciando um elevado erro. Apesar disso, os pontos onde as retas cruzaram o eixo y, se mostraram positivos, ou seja, houve precipitação interna mesmo quando os valores de precipitação externa foram iguais a zero. Nota-se que a regressão da Figura 6 e especialmente da Figura 7, resultaram em coeficientes de reta elevados (4,3133 e 16,116) reforçando o teste t realizado anteriormente, onde observou que a precipitação no PL4 e PL5 foram diferentes entre si e dos demais. Com isso, cabe principalmente às diferentes características da vegetação e também ao aumento da altitude (Figura 2), o valor encontrado de precipitação interna nos PL4 e PL5. No presente trabalho, verificaram-se resultados distintos referentes à precipitação interna, principalmente no pluviômetro (5) que se encontra 166m de altitude e onde a domínio do subbosque influencia diretamente na distribuição da precipitação interna. Admite-se por tanto que a variação verificada seja decorrente da interferência das características da vegetação, onde a cobertura florestal das encostas da Serra do Mar voltadas para o litoral, ou que sofrem influência direta ou indireta de ventos úmidos, desempenham um papel fundamental para a estabilidade e administração do ciclo hidrológico da região, o que se reflete na quantidade e qualidade da água. Conclusões Para as condições climáticas e características vegetais em que foi desenvolvido o experimento, e métodos utilizados, são estabelecidas as seguintes conclusões: a) os resultados obtidos demonstram, efetivamente, o relevante papel desenvolvido pela vegetação no comportamento do ciclo hidrológico de tais ecossistemas. b) a ocorrência de frentes-frias ocasiona a elevação da precipitação interna via interceptação da bacia aérea, com valores que chegam a até 125% da precipitação total; c) as perdas por interceptação sofrem influência da altitude, em função da temperatura e conseqüente orografia. Referências Bibliográficas C.A.E.N.F. Concessionária de água e esgoto de Nova Friburgo. Comunicação pessoal, 24. CESAR, S. F. Ciclo hidrológico. 5º Curso internacional sobre manejo de bacias hidrográficas na área florestal p FIDERJ. Fundação de desenvolvimento econômico e social do Rio de Janeiro. Indicadores climatológicos do Estado do RJ p. FURIAN, S. M. Estudo geomorfológico do escoamento superficial em parcelas experimentais no Parque Estadual da Serra do Mar Núcleo Cunha / SP. Um esboço metodológico p. Dissertação (Mestrado em Geografia). Faculdade de Filosofia, Letras e Ciências Humanas, São Paulo. GUERRA, A. J. T. CUNHA, S. B. Hidrologia de Encosta na Interface com a Geomorfologia. In: NETTO, A. L. C. Geomorfologia: uma atualização de bases e conceitos/organização. Rio de Janeiro IBGE. Manual Técnico da Vegetação Brasileira / Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, Departamento de Recursos Naturais e Estudos Ambientais. Rio de janeiro: IBGE, 1991.

6 LIMA W. De P. Princípios de hidrologia florestal para o manejo de bacias Hidrográficas. Piracicaba p. (Mimeogr.). Departamento de Silvicultura da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, São Paulo. LIMA, H. C. de & GUEDES-BRUNI, R. R. (eds.). Serra de Macaé de Cima: Diversidade Florística e Conservação em Mata Atlântica. Rio de Janeiro. Jardim Botânico do Rio de Janeiro p. MOLCHANOV, A. A. Hidrologia Florestal. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, p. NIMER, E. Climatologia do Brasil. Rio de Janeiro: SUPREN: IBGE, P. OTTONI NETTO, T. B.; RJ Fundamentos de engenharia ambiental com ênfase em recursos hídricos. Perenização e regularização fluvial p. SATTERLUND, D. R. Wildland watershed magnagement, p. SINGH, R. P. Rainfall interception by Pinus wallichiana plantation in temperate region of Himachal Pradesh, India. Indian For., p , TARIFA, R. J. Climatologia I. Departamento de Geografia - Universidade de São Paulo, 11p. s/d. VALCARCEL, R. Balance hídrico em la Selva Nublada. Seminário, Universidad de Los Andes. Venezuela, p. BARBOZA,R.S.; BORGES A.C.; BOCHNER,J.K.; & VALCARCEL,R. Interceptação em Floresta de altitude na serra do Mar, Rio de Janeiro. In: XIV Jor. de Iniciação Científica da UFRRJ,. Resumo..., 6p pxxx-xxx..ufrrj, vol II, n.2. Seropédica, RJ (3/11-2/12/ 24). ISSN