Classificação de uso e cobertura do solo da sub-bacia Santo Antônio do Maratuã como subsídio ao controle da erosão e à gestão territorial

Transcrição

1 Marcelo Wermelinger Lemes 1 Gabriel Spinola Garcia Távora 1 Hugo Machado Rodrigues 2 Helena Patena Mendonça Vieira 3 Reiner Olíbano Rosas 4 Ana Valéria Freire Allemão Bertolino 5 Classificação de uso e cobertura do solo da sub-bacia Santo Antônio do Maratuã como subsídio ao controle da erosão e à gestão territorial (1) Mestrando em Geografia, UFF, (marcelowlemes@hotmail.com); (2) Graduando em Geografia, UFF, bolsista FAPERJ; (3) Graduando em Geografia, UFF; (4) Diretor do Instituto de Geociências, UFF e (5) Professor adjunto, UERJ/FFP 1 INTRODUÇÃO A erosão é a mais preocupante forma de degradação do solo, principalmente quando causada pela água e a enxurrada a ela associada. Esse fenômeno ocorre em geral a partir da interferência antrópica sobre este recurso natural (Silva et al., 2005a), sendo a erosão, a lixiviação, a compactação do solo e a perda de matéria orgânica (MO), exemplos desses processos em sistemas agrícolas (Bezdicek et al., 1996). Smith e Wischmeier (1962) ressaltam que quatro fatores e suas inter-relações são considerados determinantes da taxa de erosão hídrica: o clima, principalmente a precipitação pluviométrica; o solo, principalmente sua resistência à desagregação, a topografia, notadamente o grau do declive e o comprimento de rampa; e a cobertura do solo. Qualquer um destes fatores pode sozinho, determinar um problema capaz de provocar erosão hídrica e como os três primeiros fatores não podem ser modificados facilmente, a cobertura do solo e o manejo das culturas, assumem um importante papel no que se refere ao controle da erosão provocada pela chuva. 1

2 Processos hidrológicos superficiais e subsuperficiais que atuam nas encostas influenciam diretamente na erosão, os quais variam tanto no espaço como no tempo, e respondem aos fatores controladores da infiltração e do escoamento superficial (Thornes, 1980). Embora os processos erosivos sejam estudados em vários países, seus mecanismos ativadores, bem como as condições predisponentes, são variáveis e específicos para cada região. Geralmente, estes dependem de uma gama de fatores naturais como o clima, as condições de relevo, a natureza do terreno (substrato rochoso e materiais inconsolidados) e a cobertura vegetal (Rodrigues & Nishiyama, 2001). Tamanha é a importância desse assunto que em nossos dias os problemas relacionados à degradação ambiental têm sido alvo da mobilização de dirigentes do setor público e de grupos representativos da sociedade civil, e, sem dúvida, dentre as questões ambientais, a erosão dos solos está entre as que têm causado maior preocupação (Vitte, 1997). As pesquisas sobre erosão têm como finalidade medir a influência dos diferentes fatores determinantes desse processo, possibilitando estimar as perdas de solo e selecionar práticas que reduzam estas perdas ao máximo. Para alcançar esses propósitos é necessário o conhecimento do processo, avaliando a taxa, extensão e frequência da erosão no campo. Segundo Boardman (2003), os dois principais propósitos do estudo da erosão dos solos: a) controle do processo e b) preservação do recurso. Assim observou-se em estudos anteriores que o uso intenso da Bacia Hidrográfica do Rio São João vem gerando problemas ambientais, principalmente relacionados a desmatamento e agricultura que são apontados como as principais causas de erosão do solo, traduzidos na degradação química e como também a diminuição da qualidade da água. Portanto a busca pela compreensão deste processo e a reversão em alguns casos, depende da formação de uma visão holística voltada para a relação homem-meio, tendo especial preocupação com a preservação do recurso natural solo. As problemáticas ecológicas, ambientais e sociais que se desenvolveram neste período fez com que a academia voltasse olhares para esta área a fim de buscar levantar 2

3 informações que fossem capazes de auxiliar os órgãos gestores e a população residente a minimizar os danos já causados. O comprometimento do abastecimento hidrológico da região causa impactos diretos na economia local, uma vez que está voltada para a agropecuária. Vale ressaltar que a Bacia do Rio São João é responsável pelo abastecimento da represa de Jurtunaíba que abastece parte da Região dos Lagos. Na agropecuária intensiva, com o uso e o manejo muitas vezes inadequados do solo, ocorre a substituição da cobertura de vegetação natural de grandes áreas, e disso decorre o processo de degradação do solo e dos recursos hídricos. Essa deterioração tem como consequência uma série de mudanças físicas, químicas, biológicas e hidrológicas, provocando a diminuição da capacidade produtiva do solo (Panachuki, 2003). Estudos preliminares realizados por (Morais, 2011) apontam perdas de solo significativas nas encostas das colinas dissecadas da bacia do Rio São João, portanto o aprofundamento do estudo da erosão nesta área contribuiria para preservação deste recurso bem como da qualidade do solo que estão diretamente relacionados com da qualidade de vida da população, com o entendimento das dinâmicas ambientais e de suas relações com a organização do território. Esse conjunto faz-se necessário para a elaboração de medidas para diagnosticar eventos relacionados às mudanças nas estruturas das paisagens que afetam a população e que gera custos materiais para os órgãos gestores dos recursos naturais. Atualmente, em diversas partes do curso do rio São João, podem ser observados sinais evidentes de degradação ambiental, como as altas taxas de sedimentos em suspensão fator que contribui para a qualidade das águas, além de encostas degradadas associadas às práticas agropecuárias desenvolvidas na região (Figura 1) (Bidegain et al 2005). 3

4 Figura 1: Croqui de imagens de encostas com processos avançados de degradação. Desta forma é necessário realização de pesquisas que deem aporte científico para uma gestão ambiental integrada aos diferentes atores e funções existentes na região. Assim, o estudo detalhado do processo hidrológico em área de encosta, e, por conseguinte uma análise de sua relação com o processo erosivo, com as atividades socioeconômicas, e com qualidade das águas é de suma importância no suporte de práticas conservacionistas que atuem de forma eficaz no controle da erosão hídrica. então adquire particular relevância o estudo de forma detalhada do processo hidroerosivo em encostas situadas na porção do alto curso do Rio São João, observando a diversidade de ambientes e de uso da terra. A motivação deste trabalho é criar uma base concisa para delimitações de áreas com grande potencial erosivo na Estação Experimental de Pesquisas sobre Erosão (EEPE/LAGEF) que encontra-se em funcionamento desde 2009 através de recursos oriundos do edital universal CNPQ 2009 com o projeto: mantêm-se com auxílio financeiro da FAPERJ com o projeto /

5 2 - OBJETIVOS O Objetivo dessa pesquisa é gerar subsídios para o entendimento dos processos hidrológicos e dos mecanismos que são fundamentais para o desenvolvimento de metodologias para o controle da erosão no solo das vertentes na Estação Experimental de Pesquisas sobre Erosão (EEPE/UFF/UERJ). Em termos específicos, pretende-se: Realizar uma classificação da cobertura do solo de detalhe nos limites da Subbacia Santo Antônio do Maratuã; Buscar áreas de maior concentração e de grande potencial erosivo. 3 METODOLOGIAS A Sub-bacia Santo Antônio do Maratuã, com uma área total de ha, está inserida nos limites do municipio de Silva Jardim, tendo acesso pela BR 101 (km 224 norte). O acesso se da pela Fazenda Vale do Cedro onde são desenvolvidas atividades agropecurárias, genética de gado leiteiro e pesquisas sobre erosão (Figura 2). Esta sub-bacia está inserida dentro dos limites do município de Silva Jardim que conta com uma população de habitantes (IBGE, 2013), faz divisa com os municípios de Casimiro de Abreu, Nova Friburgo, Rio Bonito, Cachoeiras de Macacu e Araruama. Ocupa uma área total de 938,336 km². Dentre as localidades mais importantes inscritas no território municipal (todas próximas a Serra do Mar), estão Quartéis ou Aldeia Velha, Bananeiras e Gaviões. 5

6 Figura 2: Mapa de localização onde podem ser observadas as vias de acesso, a hidrografia e a delimitação da Sub-bacia Santo Antônio do Maratuã. O mapeamento do uso e cobertura da área da Sub-bacia Santo Antônio do Maratuã envolveu as seguintes etapas: 3.1 Organização da base cartográfica em formato digital de todo o material de apoio em uma base de dados georreferenciados utilizando o software ArcGIS 10 da ESRI. Para dirimir eventuais dúvidas quanto à interpretação da imagem utilizada, optou-se por consultar também fotografias aéreas ortorretificadas da área de estudo em escala aproximada de 1: Seleção da imagem de alta resolução a ser utilizada. 6

7 3.3 Processamento digital da imagem WordView selecionada, aplicado nas suas bandas espectrais do azul, verde, vermelho e infra-vermelho, utilizando o software ENVI 3.5, envolvendo os seguintes itens: a) Georreferenciamento da imagem com base nas coordenadas geográficas de feições pontuais do mosaico de fotografias aéreas (ortofotos) da área e considerando os limites aceitáveis do erro médio quadrático para a escala do mapeamento a ser realizado (Congalton e Green, 1999). A projeção utilizada foi a Universal Transversa de Mercator (UTM), datum WGS 1989, fuso 23 Sul. b) Aplicação de filtros de textura de medidas de ocorrência nas quatro bandas multiespectrais da imagem Quickbird. Esses filtros analisam a textura com base no número de ocorrências de cada nível de cinza observado na janela de processamento, visando identificar áreas com mesmo padrão textural. c) Classificação pixel a pixel da imagem considerando cada alvo separadamente para, posteriormente, reunir, os resultados obtidos para cada classe no mapa final. Este procedimento foi adotado, pois, não foi possível a aplicação de um único classificador que obtivesse bom desempenho para todas as classes pretendidas. d) Os trabalhos de campo foram realizados visando conhecer a realidade local, reconhecer os padrões espectrais das diferentes classes de uso e cobertura da terra na área de estudo, sanar dúvidas para a interpretação visual das imagens e gerar informações atualizadas. Para tanto, coletaram-se pontos amostrais, de referência, para todas as classes mapeadas. 3.4 Elaboração do mapa final em escala de 1: Após a finalização da edição das classes separadamente, as mesmas foram unidas no ArcGIS 9.3.1, de acordo com a seguinte prioridade: corpo hídrico, área agricultura, floresta, pastagem e áreas 7

8 edificadas, solo exposto. Em seguida, foi necessário fazer a edição de pequenos polígonos restantes. 3.5 Finalmente, foi realizado o cálculo de áreas para as diferentes classes obtidas também no ArcGIS RESULTADOS E PRELIMINARES O mapeamento temático de uso e cobertura do solo elaborado por este trabalho (Figura 3), no software ArcGis 10, através da classificação supervisionada, constatou-se que a maior parte das áreas são recobertas por vegetações de Gramíneas (64,5%), na qual duas parcelas da EEPE foram construídas. Essa cobertura de gramínea tão evidente denota a ocupação inicial de toda a região que desde o sec. XVII foram utilizadas para atividades agropastoris, remontando um ambiente de degradação muito avançada. Figura 3: Mapa de uso e cobertura do solo na Sub-bacia Santo Antônio do Maratuã. 8

9 Seguida por áreas cobertas por remanescentes de Mata Atlântica (30%), que seria a vegetação primária da região, a qual sofreu com a utilização desenfreada da madeira para produção de carvão. Hoje esses remanescentes estas concentram-se nas áreas de relevo montanhoso e acidentado, que são protegidas por lei como Áreas de Preservação Permanente por apresentar altas declividades, com grande risco à erosão e abrigo dos mananciais hídricos. Entretanto, estão vulneráveis ao avanço da agricultura sem técnicas conservacionistas e presença de vegetação secundária inicial em algumas áreas, além da instalação de dutos da Petrobrás (tubulações enterradas) pela região, criando verdadeiras rodovias artificiais (Cunha, 1995). A agricultura mesmo sendo importante para a economia da região, ocupa apenas uma área de 78 há, correspondendo á 2,8% e os corpos hídricos apresentam-se na casa dos 0,75%, lembrando que a imagem do satélite WordView utilizada para este mapeamento fora capturada no período seco do ano de 2009, o que justifica tão pouca ocorrências desses corpos. A pouca expressão da agricultura mesmo em áreas de baixadas é ser entendida pela grande área de inundação do Rio São João que deixa os solos saturados durante um período de três a quatro meses por ano, impossibilitando o cultivo das culturas tropicais tradicionais desta região. Existem também os percentuais de solos expostos, sendo estas geralmente em um perímetro em torno das sedes de fazendas que foram identificadas como edificações e representam 0,65% de ocorrência, o que nos levou a pensar na instalação das parcelas experimentais de erosão integrando gramíneas e solos expostos. A metodologia empregada, foi eficiente para a separação dos principais alvos de interesse, evitando-se grande trabalho de digitalização, uma vez que as classes são distribuídas ao longo da área mapeada, muitas vezes em pequenos e numerosos polígonos. Por outro lado, a classificação pixel a pixel, aplicada em imagens de alta resolução, gera muitos pixels isolados e bordas rugosas devido ao nível de detalhamento destas imagens, fatores que são indesejáveis em um mapeamento desta natureza. 9

10 O trabalho de verificação terrestre foi fundamental para a confirmação das classes mapeadas, que muitas vezes são confundidas visualmente na imagem, assim como pelo classificador utilizado. 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Bezdicek, D.F.; Papendick, R.I.; Lal, R. Introduction: importance of soil quality to health and sustainable land management. In: Doran, J.W.; Jones, A.J. (ed). Methods for assessing soil quality. Madison: Soil Science Society of America, p.1-8, 1996 (SSSA. Special Publication, 49). Bidegain, P. Plano das Bacias Hidrográficas da Região do Lagos e do Rio São João / Paulo Bidegain, Luiz Firmino Martins Pereira Rio de Janeiro: Consórcio Intermunicipal para gestão das Bacias Hidrográficas da Região dos Lagos, Rio São João e Zona Costeira, p Boardman, J. Socio-economic factors in soil erosion and conservation. Environmental Science & Policy 6, p. 1 6, Instituto Brasileiro de Geografia E Estatística (IBGE). Diretoria de Pesquisa e Informática. Censo Demográfico Disponível em: < >. Acesso em : 04/12/2013. Morais, N. B. Processos hidroerosivos em encostas de colinas com pastagem na bacia hidrográfica do alto curso do rio São João, Rio de Janeiro./ Neiva Barbalho de Morais Niterói: [s.n.], Dissertação (Mestrado em Geografia) Universidade Federal Fluminense, Panachuki, E. Infiltração de água no solo e erosão hídrica, sob chuva simulada, em sistema de integração agricultura-pecuária. Dissertação apresentada à Universidade Federal de Mato Grosso do Sul em Agronomia, Rodrigues, L.; Nishiyama, L. Estudo dos fatores responsáveis pela erosão acelerada na bacia do córrego do Macacos Uberlândia MG. In: Simpósio Nacional de Controle de Erosão, Goiânia. Anais Smith D.D. e W. D. Wischmeier, Rainfall erosion. Adv. in Agron. 14:

11 Vitte, A. C. Metodologia para cálculo de perdas de solo em bacias de drenagem. Bol. Par. de Geociências, nº 45, Ed. da UFPR, p