UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FACULDADE DE ENGENHARIA FLORESTAL Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FACULDADE DE ENGENHARIA FLORESTAL Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos DINÂMICA DE NUTRIENTES E DE METAIS PESADOS NUM LATOSSOLO VERMELHO AMARELO EM DOIS SISTEMAS DE MANEJO SOELY OVIDIO DE MIRANDA Cuiabá/MT 2009

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SOELY OVIDIO DE MIRANDA DINÂMICA DE NUTRIENTES E DE METAIS PESADOS NUM LATOSSOLO VERMELHO AMARELO EM DOIS SISTEMAS DE MANEJO Orientadora: Profª. Dra. Oscarlina Lúcia dos Santos Weber Co-Orientadora: Profª. Drª. Eliana F. Gaspar de Carvalho Dores Dissertação apresentada ao Instituto de Ciências Exatas e da Terra da Universidade Federal de Mato Grosso, como parte das exigências do programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos para obtenção do título de mestre. CUIABÁ-MT 2009

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FACULDADE DE ENGENHARIA FLORESTAL Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos Título: Dinâmica de nutrientes e de metais pesados num Latossolo Vermelho amarelo em dois sistemas de manejo Autora: Soely Ovidio de Miranda Orientadora: Profª. Dra. Oscarlina Lúcia dos Santos Weber Co-Orientadora: Profª. Dra.Eliana F. Gaspar de Carvalho Dores Cuiabá, 06 de Novembro de 2009. Banca examinadora: Orientadora: Profª. Dra. Oscarlina Lúcia dos S. Weber Prof. Dr. Cassiano Cremon Prof. Dr. Ricardo S. da Silva Amorim iv

Quando você tem uma meta, o que era obstáculo passa a ser uma etapa de seus planos. Gerhard Erich Boehme v

Aos meus pais, Judith e Gercino alicerces na minha formação, Dedico v

Agradecimentos Ao meu Deus, que me conduz aos caminhos da vida sempre me estendo à mão e faz-me forte diante das dificuldades. À Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT) e ao Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos pela oportunidade de realização do curso. A Professora Dra. Oscarlina Lúcia dos Santos Weber, pela cessão dos dados, orientação, dedicação e paciência dispensada. Aos professores Ricardo Amorim e Eliana Dores, pelas correções e valiosas contribuições neste trabalho. Aos colegas do curso, pela convivência, alegria e bom humor, em especial a Sandra, Décio Ângela Vanderlei, Thaisa e Cezar. A técnica do laboratório de metais pesados Aparecida Magalhães pela colaboração e paciência dispensada na realização desta pesquisa. Aos alunos bolsistas Márcia, Ana Carolina, Maíra, Diogo, Luciano e especialmente Fernanda pela ajuda e colaboração na realização das análises. À FAPEMAT - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Mato Grosso, pela bolsa de estudo concedida. vi

SUMÁRIO RESUMO... IX ABSTRACT... X LISTA DE ILUSTRAÇÕES... XI LISTA DE ILUSTRAÇÕES (CONTINUAÇÃO)... XII LISTA DE TABELAS... XIII LISTA DE TABELAS (CONTINUAÇÃO)... XIV 1. INTRODUÇÃO... 15 2. REVISÃO DE LITERATURA... 17 2.1 EROSÃO HÍDRICA... 17 2.2 FATORES QUE INFLUENCIAM OS PROCESSOS EROSIVOS... 18 2.3 PERDAS DE SOLO E ÁGUA POR EROSÃO HÍDRICA... 19 2.4 NUTRIENTES NA ÁGUA E NO SEDIMENTO... 21 AS PERDAS DE NUTRIENTES POR EROSÃO HÍDRICA EM LAVOURAS CONTRIBUEM PARA O EMPOBRECIMENTO DO SOLO PRINCIPALMENTE QUANDO O CULTIVO É ATRAVÉS DOS PREPAROS CONVENCIONAIS (SCHICK ET AL., 2000). O NITROGÊNIO E O FÓSFORO SÃO OS PRINCIPAIS NUTRIENTES QUE RESTAURAM A FERTILIDADE DO SOLO, E JUNTAMENTE COM CÁLCIO, MAGNÉSIO, POTÁSSIO E A MATÉRIA ORGÂNICA, ESTÃO SUJEITOS A PERDAS POR EROSÃO HÍDRICA (MELLO, 2002).... 21 2.5 DEFINIÇÃO, ORIGEM E COMPORTAMENTO DOS METAIS PESADOS NO SOLO... 22 2.5.1 Contaminações por metais pesados devido ao uso de agroquímicos... 24 2.5.2 Perdas de metais pesados do solo por erosão... 25 2.5.3 Valores de referência dos níveis de metais no solo... 26 3. MATERIAL E MÉTODOS... 27 3.1 ÁREA DE ESTUDO... 27 3.2 DESCRIÇÃO DO MEIO FÍSICO... 28 b) Análises químicas do solo... 30 3.3 METODOLOGIA... 31 3.3.1 Instalação das unidades experimentais e dos coletores de água e sedimento... 31 3.3.2 Lisímetros... 34 3.3.3 Coletores de solução do solo... 34 3.3.4 Poços de monitoramento... 35 3.4 COLETAS DE SEDIMENTO E DE ÁGUAS NOS COMPARTIMENTOS DO SOLO... 35 3.5 ANÁLISES DOS NUTRIENTES NAS ÁGUAS E DOS METAIS PESADOS NO SEDIMENTO... 36 3.5.1 Análise dos nutrientes da água coletada... 36 3.5.2 Análise dos metais pesados... 37 3.6 ANÁLISES ESTATÍSTICAS... 37 3.7 VALORAÇÃO DAS PERDAS DE NUTRIENTES NO SEDIMENTO... 38 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES... 39 4.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E HÍDRICAS DO SOLO... 39 4.2 CONCENTRAÇÕES DE NUTRIENTES NA ÁGUA DE ENXURRADA... 42 4.2.1 Perdas totais de nutrientes na água de enxurrada... 47 4.3 CONCENTRAÇÕES DE NUTRIENTES NA ÁGUA DE PERCOLAÇÃO DO SOLO... 48 4.3.1 Quantificação dos nutrientes na água dos lisímetros... 48 4.3.2 Concentração de nutrientes na água da solução do solo... 53 4.3.3 Concentração de nutrientes na água do poço de monitoramento... 59

4.4 PERDAS DE NUTRIENTES E METAIS PESADOS NO SEDIMENTO DA CAIXA DE ESCOAMENTO... 63 4.4.1 Perdas de nutrientes no sedimento da caixa de escoamento... 63 4.4.2 Aspectos financeiros relacionados às perdas de alguns nutrientes por erosão hídrica... 65 4.4.3 Metais pesados no sedimento... 67 5. CONCLUSÕES... 74 6. REFERÊNCIAS BILBLIOGRÁFICAS... 75 ANEXOS... 80 x

RESUMO MIRANDA, S. O. Dinâmica de nutrientes e de metais pesados num Latossolo Vermelho Amarelo em dois sistemas de manejo. 2009. 87p. Dissertação (Mestrado em Recursos Hídricos) Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá-MT. Orientadora: Prof. Dra. Oscarlina Lúcia dos Santos Weber O cultivo nos sistemas intensivos com o solo desnudo resulta em grandes perdas de solo, água, fertilizantes, corretivos e metais pesados os quais podem se acumular no sedimento carreado, tendo como conseqüência a contaminação dos corpos d água. Sendo assim minimização das perdas de solo constitui importante aspecto do planejamento conservacionista uma vez que evitam prejuízos financeiros e ambientais. Nesse sentido objetivou-se avaliar as perdas de solo, água, nutrientes e de metais pesados na microbacia do córrego da Ilha, Campo Verde-MT nos sistemas de manejo plantio convencional (PC) e cultivo mínimo (CM). O experimento foi conduzido na microbacia do córrego da Ilha situado no município de Campo Verde, Estado de Mato Grosso sob Latossolo Vermelho Amarelo, textura argilosa. Instalaram-se duas parcelas do tipo Wischmeier cujas dimensões foram de 3,5 m x 11 m, recebendo cada uma delas um manejo diferente e uma caixa para armazenamento de águas pluviais e dos sedimentos carreados pela enxurrada. O escoamento superficial juntamente com os sedimentos transportados da parcela foi conduzido por meio de tubos de PVC (100 mm) para a estrutura de coleta. Nessa estrutura os sedimentos transportados foram retidos na caixa de deposição e o escoamento superficial conduzido para caixas, as quais tinham na sua extremidade final, um vertedor para determinar a vazão do escoamento superficial. Para avaliar a percolação dos nutrientes no perfil solo foram instalados lisímetros, poços de monitoramento e coletores de solução do solo em diferentes profundidades. A coleta das amostras de água e de sedimento carreado ocorreu em datas distintas nos meses de novembro a abril na safra 2005/2006 para os nutrientes e metais pesados nas safras 2005/2006 e 2006/2007. As perdas de solo e água foram quantificadas por meio da coleta da água e dos sedimentos transportados juntamente com o escoamento superficial até a estrutura de coleta na qual tinha uma manta de geotêxtil, previamente pesada, para possibilitar a coleta das partículas de solo transportadas pelo escoamento superficial durante a ocorrência das chuvas. Foram determinados os teores do cátion K + e dos ânions F -, Cl -, NO -, NO 3 -, PO 4-2, e SO 4-2 nas águas de escoamento e solução do solo, de Ca, Mg, P, K, carbono orgânico e os teores dos metais pesados Fe, Zn, Mn, Cu, Cr, Cd, Ni e Pb nas amostras de sedimento carreado dos sistemas de manejo. O PC apresentou as maiores perdas de potássio, nitrato, cloreto e sulfato tanto na água de lixiviação como de escoamento, no sedimento verificou-se maiores perdas de potássio. Os metais detectados em maiores teores no sedimento foram ferro, manganês e zinco, em ambos os sistemas de cultivo, porém sem maiores comprometimentos ao ambiente. O sistema de manejo conservacionista mostrou-se mais eficiente em reter as perdas de nutrientes e metais pesados. Palavras-chave: conservação do solo e água; proteção ambiental, recursos hídricos. ix

ABSTRACT MIRANDA, S. O. Nutrients and heavy metals dynamics in a Yelloy-Red Latossolo in two handling systems. 2009. 87p. Dissertation (Masters in Water Resources) Mato Grosso Federal University, Cuiabá-MT-Brazil. Adviser: PhD. Oscarlina Lúcia dos Santos Weber The intensive systems farming with bare soil results in large losses of soil, water, fertilizers, lime and heavy metals, which may accumulate in the carried sediments, resulting in the contamination of the water bodies. Thus, the minimization of soil losses is an important conservation planning aspect, since it avoids financial and environmental losses. In this context, it was aimed to evaluate the losses of soil, water, nutrients and heavy metals in the Ilha stream's watershed, Campo Verde-MT, in the conventional tillage management system (CT) and minimum tillage system (MT). The experiment was conducted in the Ilha stream's watershed, located in Campo Verde, Mato Grosso, in a Red-Yellow clayey dusk. It was settled two tranches of the Wischmeier type, which dimensions were 3.5 m x 11 m, receiving, each one of them, a different management and a storing box for rain water and sediments carried by runoff. The runoff and the sediment transported from it were led for the collection structure by PVC pipes (100 mm). In this structure the transported sediments were retained in the deposition box and runoff led to boxes, which had at its extreme, a weir to determine the runoff flow. To evaluate the nutrients leaching in the soil profile, they were installed lysimeters, monitoring wells and soil solution collectors at different depths. The collection of water and carried sediments samples occurred on two different dates between the months November and April, collecting nutrients in the 2005/2006 crop and heavy metals in seasons 2005/2006 and 2006/2007. The loss of soil and water were quantified by collecting water and sediment transported with the runoff to the collection structure, which had a geotextil blanket, previously weighed, to allow the soil particles transported by runoff surface collection during the occurrence of rain. They were determined the contents of cation K + and the anions F -, Cl -, NO -, NO 3 -, PO 4-2, and SO 4-2 in drainage water and soil solution, the contents of Ca, Mg, P, K, organic carbon and the levels of the heavy metals Fe, Zn, Mn, Cu, Cr, Cd, Ni and Pb in the samples of the sediment carried from management systems. The CT showed the greatest losses of potassium, nitrate, chloride and sulfate in both leaching and drainage water, in the sediment, it was observed greater losses of potassium. The metals which were detected in higher concentrations in the sediments were iron, manganese and zinc in both cropping systems, but without major commitments to the environment. The tillage management system proved to be more effective in retaining the nutrients and heavy metals losses. Keywords: water and soil conservation; environmental protection, water resources. x

LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Localização da área de estudo, microbacia do córrego da Ilha. Fonte: Mendonça et al., (2007)... 27 Figura 2 Funcionamento hídrico relacionado à infiltração e escoamento superficial e subsuperficial. Fonte: Mendonça et al., (2007)... 29 Figura 3 - Representação esquemática das parcelas experimentais, sistema coletor de solo e água e disposição dos lisímetros (L), coletores de solução do solo (SS) e poços de monitoramento (PM)... 31 Figura 4 Vista da parcela experimental e do sistema coletor instalado na área do experimento... 32 Figura 5 Precipitação em mm -1 registrada entre o início e o final da safra 2005/2006. Fonte: Fazenda Santa Juliana... 43 Figura 6 - Concentração de nutrientes na água de escoamento do plantio convencional em diferentes datas de coletas... 44 Figura 7 - Concentração dos nutrientes na água de escoamento do cultivo mínimo em diferentes datas de coletas... 45 Figura 8 - Concentração de nutrientes na água percolada nos lisímestros instalados ao lado da parcela do plantio convencional... 50 Figura 9 Concentração dos nutrientes por data na água percolada nos lisímetros instalados ao lado das parcelas do sistema CM... 52 Figura 10 Concentração dos nutrientes na água de solução do solo na profundidade de 0,3 m no PC... 55 Figura 11 Concentração de nutrientes na água de solução de solo à profundidade de 1,3 m no PC... 56 Figura 12 Concentração dos nutrientes na água de solução do solo na profundidade de 0, 3 m no CM... 57 Figura 13 Concentração dos nutrientes na água de solução de solo à profundidade de 1,3 m no CM... 58 Figura 14 Concentrações de nutrientes no poço monitoramento (P1) localizado a 12m das parcelas experimentais... 60 xi

LISTA DE ILUSTRAÇÕES (Continuação) Figura 15 Concentração dos nutrientes no poço de monitoramento (P2), em diferentes datas de coletas... 61 Figura 16 Concentrações de nutrientes no poço de monitoramento (P3) em diferentes datas de coletas... Figura 17 Concentrações dos metais pesados no sedimento, erodido da parcela sob PC... 68 Figura 18 Concentrações dos metais pesados no sedimento, erodido da parcela sob CM... 69 62 xii

LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Valores orientadores de referência de qualidade (VRQ), de prevenção (VP) e intervenção (VI) para alguns metais pesados no Estado de São Paulo (CETESB, 2005)... 26 Tabela 2 - Limites de detecção no espectrofotômetro de absorção atômica VARIAN SPECTRA AA220... 37 Tabela 3 - Características físicas e hídricas do Latossolo Vermelho Amarelo... 41 Tabela 4 - Perdas estimadas de solo e água em dois sistemas de manejo do solo, corrigidos para a declividade de 0,09 m... 42 Tabela 5 - Valores médios das concentrações dos nutrientes na água de enxurrada dos sistemas de cultivo convencional e mínimo... 43 Tabela 6 - Perdas totais dos nutrientes na água de escoamento superficial em diferentes datas de coleta, em dois sistemas de manejo do solo... 47 Tabela 7 - Média da concentração dos nutrientes nos lisímetros em diferentes datas de coleta nos sistemas de preparo do solo PC e CM... 49 Tabela 8 - Média da concentração dos nutrientes na água de solução do solo nas profundidades 0,3 e 1,3 m nos sistemas PC e CM... 53 Tabela 9 - Médias das concentrações dos nutrientes na água dos poços de monitoramento... 59 Tabela 10 - ph e alguns nutrientes contidos no sedimento carreado dos sistemas de cultivo, PC e CM... 64 Tabela 11 - Quantidades de P e K perdidos por erosão na forma de adubo e Ca e Mg perdido na forma de calcário e o valor monetário dessas perdas em US$... 66 Tabela 12 - Concentrações médias de metais pesados nos sedimentos perdidos por erosão dos sistemas de preparo PC e CM... 67 Tabela 13 - Perdas totais estimadas de metais pesados contido no sedimento dos sistemas de preparo do solo PC e CM... 72 Tabela 14 - Descrições da morfológicas da Trincheira 4 (T4) - localizada na área de plantio sob Latossolo Vermelho Amarelo. 84 Tabela 15 Características químicas do solo da T4... 85 xiii

LISTA DE TABELAS (Continuação) Tabela 16 - Características químicas do solo da T3... 86 Tabela 17 - Características químicas do solo da T2... 86 Tabela 18 - Características químicas do solo da T1... 87 xiv

1. INTRODUÇÃO O Estado do Mato Grosso destaca-se no cenário nacional como uma dos maiores produtores de grão do país, devido a sua privilegiada localização com vastas áreas planas sob o bioma cerrado e tem na agricultura sua base de sustentação na geração de emprego e renda. Atualmente, é um Estado que tem uma economia arraigada na agricultura com extensas áreas onde se praticam o cultivo de soja, milho, algodão entre outras espécies, o algodão responde por 54% de todo o cultivo da espécie no país. Desde a metade da década de 90, o cultivo de algodão tornou-se uma alternativa para rotação com a soja, no decorrer dos anos impulsionou o PIB do estado e altos investimentos foram feitos no setor agrícola que se destaca entre os mais modernos do país. (EMBRAPA, 2008). A adubação é uma das práticas mais importantes no cultivo da espécie e, realizadas de acordo com a necessidade nutricional a elevada produtividade é garantida. Trata-se também de uma espécie susceptível ao ataque de pragas, tornando necessário para o combate o uso de agroquímicos em todo o ciclo da cultura. Além, das exigências já elencadas muitos tratos culturais são realizados mecanicamente, o que torna o solo muito exposto ao desgaste provocado pelas águas das chuvas resultando em perdas de solo por erosão. Os frágeis sistemas de cultivo geralmente adotados associados à elevada quantidade dos insumos utilizados, em eventos pluviométricos podem atingir os recursos hídricos resultando, além, das perdas financeiras, perdas ambientais. Essa contaminação do solo decorrente das áreas de agricultura é uma das grandes preocupações da atualidade visto que, essa atividade contribui para o acúmulo de metais e nutrientes, agentes responsáveis pela eutrofização dos mananciais hídricos, oferecendo risco tanto à qualidade da água quanto à vida os seres vivos. Além desses problemas nos sistemas de cultivo não conservacionista, onde o solo devido às perdas já enumeradas é severamente prejudicado, pois a camada arável é perdida por erosão, como conseqüência se torna pobre em nutrientes e matéria orgânica, esta última importante mantenedora das propriedades físico-químicas do solo. Tendo em vista, às exigências nutricionais da cultura, uma maneira de minimizar essas perdas seria por meio de implantação de sistemas agrícolas sustentáveis que sejam produtivos, e que conservem e protejam o ambiente. 15

Nesse sentido trabalhos de pesquisa que foquem a dinâmica dos nutrientes no solo, que avaliem os sistemas de manejo adotados nas diferentes áreas produtivas são relevantes, pois fornecem informações técnico/científicas que poderão futuramente balizar a cadeia produtiva do Estado. Face ao exposto, o trabalho em questão torna-se de grande importância para a realidade mato-grossense no sentido de aliar desenvolvimento e qualidade de vida. Dessa maneira o objetivo deste estudo foi avaliar as perdas de solo, água, nutrientes e de metais pesados na microbacia do córrego da Ilha, Campo Verde-MT. 16

2. REVISÃO DE LITERATURA 2.1 Erosão hídrica A erosão hídrica do solo é um processo físico de desagregação, transporte e deposição de partículas do solo provocado pela ação da água das chuvas e do escoamento superficial, afetada pela ação antrópica (CASSOL et al., 2003). O dano marcante da erosão é a perda de solo, a qual remove seletivamente a matéria orgânica e os materiais finos, deixando para trás as frações mais grosseiras menos ativas. É a forma mais séria de degradação do solo, pois, além de reduzir sua capacidade produtiva para as culturas, causa prejuízos financeiros e ambientais em razão da perda de nutrientes a ela associada (BERTOL et al., 2007). De acordo com Pruski (2008) a erosão hídrica inicia-se com a ocorrência das precipitações, parte é interceptada pela vegetação o restante atinge a superfície do solo causando o umedecimento dos agregados do solo diminuindo suas forças coesivas e desintegração em partículas menores. Segundo esse autor, além, de causar a desagregação das partículas do solo obstruem os poros como conseqüência reduz a capacidade de infiltração e favorece o escoamento superficial. Além disso, a erosão transporta os sedimentos e nutrientes para fora do local de ocorrência e a água da enxurrada pode carregar metais e compostos orgânicos tóxicos, como os pesticidas e os fertilizantes. O sedimento resultante do arraste seletivo das partículas do solo é um dos maiores poluentes causando um amplo espectro de danos ambientais, (COOPER, 2008). Essa redução na capacidade de infiltração e de retenção da umidade do solo é um problema sério, pois, isso implica na perda da camada superior do solo e conseqüentemente perda de nutrientes, matéria orgânica e ainda resulta em menos água disponível para as plantas (BERTONI et al., 1999). O escoamento de água da chuva na superfície de solo com grande rugosidade apresenta menor carga de sedimentos do que nas menos rugosas, resultando em menor perda total de solo (COGO et al., 1981). A taxa de perda de solo tende a aumentar com o aumento da erosividade da chuva, especialmente em solos degradados por arações e gradagens por longo tempo (ZOLDAN JUNIOR, 2006). 17

Segundo Cooper (2008) em alguns casos, a degradação dos solos acontece principalmente devido à deterioração das propriedades físicas, causada pela compactação, pelo encrostamento superficial e das propriedades químicas pela acidificação ou acumulação de sal, porém, a maior parte (85%) da degradação do solo ocorre por meio dos processos erosivos. Esses processos conduzem ao esgotamento dos nutrientes do solo tornando-o menos apto para manter uma cobertura vegetal protetora. 2.2 Fatores que influenciam os processos erosivos O complexo denominado solo é composto de partículas minerais, matéria orgânica, solução do solo, ar, e organismos. A parte mineral é divida em diversas classes de tamanho cascalho, areira grossa, areia fina, e argila que é a fração coloidal. A textura é dada pelas quantidades desses componentes no solo e a maneira como se encontram define a estrutura do solo, que pode ainda ser afetada pela matéria orgânica, pela atividade biológica (LIMA, 2008). A estruturação, macroporosidade e microporosidade contribuem para a decisiva melhoria de várias outras características do solo como aeração, infiltração, percolação, capacidade de armazenamento de água, melhor desenvolvimento do sistema radicular, todas essas características estão associadas à erodibilidade e ao funcionamento hidrológico do solo (LIMA, 2008). Os processos erosivos originam-se a partir do desequilíbrio natural do solo em decorrência da umidade ocasionada pela chuva, somada a isso se tem os fatores relativos à área que favorecem a erosão, destacando-se a declividade, a rugosidade superficial do terreno, a capacidade de infiltração da água no solo e a distância percorrida pelo escoamento superficial (PRUSKI, 2008). As características e as propriedades físicas e químicas do solo são determinantes na resistência deste a ação erosiva da água, porém, a chuva é o principal agente responsável pela erosão hídrica, pois, a enxurrada depende da intensidade, duração e frequência da precipitação (BERTONI et al., 1999). O volume e a velocidade do escoamento são dependentes da intensidade, a qual representa a variável principal no processo erosivo resultando em maiores perdas de solo (BERTONI et al., 1999). 18

Com o escoamento ocorre a erosão do solo devido à desagregação, lixiviação e deposição das partículas do solo. Vale destacar que todos os fatores que influenciam a taxa de infiltração da água no solo interferem também no escoamento superficial resultante. Pois, a infiltração define a entrada de água no solo, ou seja, quanto de água da chuva penetra no solo e quanto escoa superficialmente, já o movimento da água dentro do perfil é comumente referido como percolação (LIMA, 2008; BERTONI et al., 1999). Outro fator a considerar nos processos erosivos é a topografia do terreno, isto porque o tamanho e a quantidade de material em suspensão arrastado pela água dependem da velocidade com que ela escorre, sendo esta determinada pela declividade e comprimento de rampa do local (BERTONI et al., 1999; PRUSKI, 2008). Para Pruski (2008), quanto mais protegida pela cobertura vegetal estiver à superfície do solo, menor será a sua propensão a erosão, pois essa cobertura intercepta a chuva, amortece o impacto das gotas na superfície, reduz a destruição dos agregados, a obstrução dos poros, evita o selamento superficial, aumentando a rugosidade hidráulica que reduz a velocidade de escoamento superficial. De acordo com Volk et al., (2008) a cobertura do solo por resíduos vegetais elimina desagregação das partículas por impacto das gotas da chuva evitando que sejam arrastadas pelo escoamento superficial, Seganfredo et al., (1997) relata que a cobertura vegetal dissipa a cinética da gotas da chuva o que evita a formação da crosta superficial do solo, melhora a permeabilidade, a infiltração da água e conseqüentemente diminui o escoamento superficial. Assim sendo, as atividades de uso da terra e os sistemas de manejo adotados exercem significativa influência sobre a infiltração, (LIMA, 2008). Por outro lado, sistemas de manejo do solo que mantém maior cobertura da superfície do solo propiciam maior capacidade de infiltração, conferem rugosidade superficial que dissipam a energia do escoamento e aumentam a retenção de água no solo (PRUSKI et al., 2008; SEGANFREDO, et al., 1997). 2.3 Perdas de solo e água por erosão hídrica As condições físicas da camada superficial do solo favoráveis à infiltração de água diminuem o escoamento superficial, outro aspecto relevante é a mobilização moderada do solo e 19

presença dos resíduos vegetais que conferem rugosidade superficial ao solo, facilitam a infiltração da água e conseqüente as perdas de solo e água nos eventos pluviométricos (VOLK et al., 2008). Minella et al., (2007) relata que as lavouras são as principais fontes de sedimentos oriundos de processos erosivos, para os corpos d`água, evidenciando a importância da implementação de práticas de manejo conservacionista dos solos. Segundo Martins et al., (2003) o manejo inadequado do solo e a erosão hídrica são os principais causadores da constante redução da produtividade dos solos, Cooper (2008) menciona o sedimento é um dos maiores poluentes podendo causar um amplo espectro de danos ambientais, nos recursos hídricos. Os sistemas conservacionistas de manejo do solo mostram-se eficazes na redução de perdas de solo e água, sendo as perdas de solo mais influenciadas que as perdas de água, (GUADAGNIN et al., 2005). Essa diferença de perdas entre solo e água, é notória, pois ultrapassado o limite de infiltração do solo, o excesso de água da chuva escoa independente do sistema de manejo empregado, especialmente sob precipitações de grande intensidade, as quais saturam o solo e produzem grandes enxurradas, (BERTOL et al., 2007). Apesar disso, a decomposição da vegetação aumenta o conteúdo de matéria orgânica no solo, melhorando sua porosidade e capacidade de retenção de água, (BERTONI et al., 1999). Segundo Lombardi et al. (1988), a presença sobre o solo de 2,0 t ha -1 de resíduos de milho, reduziu em 50% as perdas de solo e em 40% as perdas de água em relação ao tratamento solo descoberto. Com 8,0 t ha -1 de resíduos verificaram-se redução de 90% nas perdas de solo e 80% nas perdas de água. Bertol et al. (2007) ao avaliarem as perdas de nutrientes por erosão hídrica em diferentes sistemas de manejo constataram que a semeadura direta reduziu as perdas de solo em 88% e as perdas de água teve uma redução de 57% em relação ao preparo convencional. Segundo o autor a perda de água difere da perda de solo porque estão mais relacionadas ao tipo de solo, e às características físicas do que com o sistema de manejo. Rocha et al. (2007), num estudo de perdas de solo e água sob chuva natural encontraram elevadas perdas de solo, em áreas desprovidas de vegetação, 40 t/ha -1, em área com cobertura essa perda foi inferior a 0,3 t/ha -1, a perda de água nesse tratamento foi de 21% do total precipitado (2429,7 mm); a avaliação dos tratamentos com cobertura as diferenças entre perdas de solo e água não foram significativas. Beutler et al. (2003) consideraram diferentes sistemas de manejo do solo e cultivo e relacionaram com as perdas de solo e água por escoamento superficial em condições de chuva 20

natural e obtiveram como resultado uma significativa redução na perda de solo, já para água escoada notaram que é menos afetada pelos sistemas de manejo do solo. As práticas de manejo conservacionistas se caracterizam principalmente pela elevada cobertura superficial do solo Cogo, (1981) e se mostram mais eficazes que o preparo convencional na redução das perdas de solo e água (GUADAGNIN et al., 2005). Alves et al., (1995) citam que a presença de cobertura vegetal é eficiente para reduzir as perdas de sedimentos, não sendo, porém tão efetivas na redução das perdas de água. 2.4 Nutrientes na água e no sedimento As perdas de nutrientes por erosão hídrica em lavouras contribuem para o empobrecimento do solo principalmente quando o cultivo é através dos preparos convencionais (SCHICK et al., 2000). O nitrogênio e o fósforo são os principais nutrientes que restauram a fertilidade do solo, e juntamente com cálcio, magnésio, potássio e a matéria orgânica, estão sujeitos a perdas por erosão hídrica (MELLO, 2002). Os sistemas conservacionistas de manejo do solo mostram-se eficazes na redução de perdas de solo, água e nutrientes sendo as perdas de solo e nutrientes mais influenciadas que as perdas de água (COGO et al., 2003). Essa diferença de perdas entre solo e água, é notória, pois ultrapassado o limite de infiltração do solo, o excesso de água da chuva escoa independente do sistema de manejo empregado, especialmente sob intensas precipitações, as quais saturam o solo e produzem grandes enxurradas (GUADAGNIN et al., 2005; BERTOL et al., 2007). Segundo Guadagnin (2005), além das perdas de solo e água esses sistemas influenciam nas perdas de nutrientes, esse autor constatou numa pesquisa sobre perdas de solo, água e nutrientes que em geral as concentrações de nutrientes são maiores na enxurrada dos sistemas de manejo conservacionistas, porém as perdas totais são maiores nos sistemas convencionais. Schick et al., (2000) trabalharam com sistemas conservacionistas evidenciam que apesar da redução na perda de sedimento, os teores de nutrientes são considerados expressivos. Esses autores constataram em experimento conduzido sobre Cambissolo Húmico alumínico argiloso, que as perdas de nutrientes no sedimento da erosão foram, em geral, maiores nos sistema conservacionista. 21

Para Martins et al. (2003), além das perdas de solo e água, outro problema ambiental é o comprometimento da qualidade da água devido ao aporte de sedimentos oriundos de áreas erodidas,as quais promovem sobretudo o assoreamento de rios e lagos, alterando a vida aquática, principalmente pela eutrofização das águas. Outro aspecto relacionado às perdas de nutriente por erosão é o sistema de manejo do solo cultivado. Nesse sentido, os plantios conservacionistas ao longo do tempo proporcionam maiores índices de infiltração e menores perdas dos adubos aplicados nas camadas mais superficiais do solo, com isso os teores de nutrientes e matéria orgânica tendem a ser mais elevados, e embora a eficiência do sistema em reter o aporte de nutrientes ocasionam no caso de uma precipitação, enxurrada mais rica de nutrientes, (HERNANI, 1999). Denardin et al., (2008) constataram que, mesmo em lavouras sob sistema plantio direto, a erosão hídrica gera sedimentos quimicamente enriquecidos. Sendo assim, as perdas de nutrientes por erosão hídrica podem significar expressiva perda monetária, pois promove o arraste de corretivos, fertilizantes e matéria orgânica, presentes na camada superficial do solo, Martinez-Casanovas et al., (2004) gerando sedimento enriquecido, que além de representar prejuízo econômico ao sistema agrícola produtivo, pode constituir fator de poluição ambiental (DENARDIN et al., 2005). Bertol et al., (2004) verificaram que em sistemas inadequados de manejo do solo e ausência de práticas conservacionistas de suporte, as perdas de nutrientes podem ser altas com possíveis reflexos no empobrecimento do solo e na contaminação dos locais de deposição. Também ganharam relevância os estudos das perdas de nutrientes por lixiviação. como os de Caballero et al., (1986) e Lilienfein et al., (2000) os quais mostraram alterações na composição química da solução de solo sob uso agrícola e/ou florestal de modo a serem monitoradas e comparadas com a solução de perfis de solo sob vegetação nativa. 2.5 Definição, origem e comportamento dos metais pesados no solo O termo metal pesado refere-se a elementos químicos que apresentam densidade maior que 5 a 6 g/cm -3 Tan (2000) e podem estar presentes naturalmente no solo devido aos processos de intemperismo, quando esses estão contidos no material de origem do solo, 22

porém a fração tóxica desses elementos varia com a composição química do material de origem e com a intensidade dos processos de formação do solo. (CAMARGO et al., 2001). Alguns termos correlatos são apresentados como: metais traços, elementos traços, micronutrientes e micro elementos (SANTOS, 2005). Segundo Marques e Schulze (2002), no passado a designação traços era muito utilizado, porque quando um elemento era detectado em tão pequena concentração dizia-se estar presente em quantidades traços. Os metais podem ocorrer em sistemas aquáticos superficiais e subsuperficiais mesmo que não haja perturbação antrópica, Kabata-Pendias e Pendias (2001). A mobilidade e toxidez dos metais pesados são dependentes da sua forma química e de ligações específica com minerais primários ou secundários. Alterações no ambiente como: acidificação, mudanças dos potenciais de oxirredução, aumento nas concentrações dos ligantes orgânicos, podem tornar os metais pesados disponíveis, favorecendo dessa forma a contaminação do solo e das culturas. (SUTHERLAND et al., 2000). Metais e compostos são rapidamente adsorvidos aos minerais de argila, aos óxidos, ao CaCO 3, e a dessorção é normalmente mais lenta que a adsorção. A adsorção de metais é favorecida a ph maior que 6, pois a adsorção (ph no qual a máxima adsorção ocorre) da maioria dos metais é acima desse valor. Os metais polivalentes, incluindo os metais pesados, são fortemente complexados com materiais húmicos do solo. A matéria orgânica do solo tem alta correlação com os metais, de modo que a força de ligação é maior quanto maior for o ph, como resultado da dissociação dos grupos funcionais ácidos dos ácidos húmicos (COOPER, 2008). Borges et al. (2004) observaram num estudo de fracionamento que a maior parte dos metais encontrava-se nas frações com ligações mais estáveis (ligados a óxidos e residual), tendo as frações, trocável e orgânica, apresentado menor representatividade em relação ao total encontrado, com a elevação do ph. Algumas formas consideradas muito tóxicas de metais como Cu +2, Cu +3 Cr, Cd e Zn são adsorvido fortemente aos óxidos metálicos e argilas e podem não apresentar alta mobilidade em solos, o que realça uma vez mais o importante papel destes como tampões naturais que controlam o transporte de elementos químicos e outras substâncias para a atmosfera, hidrosfera e biota (KABATA-PENDIAS e PENDIAS, 2001). 23

2.5.1 Contaminações por metais pesados devido ao uso de agroquímicos Apesar dos metais pesados ocorrem naturalmente no solo, as atividades humanas como mineração e beneficiamento de metais, aplicação de defensivos agrícolas e fertilizantes, lodos de esgotos urbanos e/ou industriais, queima de combustíveis fósseis, águas resíduárias, resíduos de indústrias de beneficiamento químico, manufaturação e disposição de artigos eletrônicos, de caça e pesca e de treinamento militar e de guerra resultam na adição desses elementos ao solo, os quais podem atingir altas concentrações e comprometer a qualidade do ecossistema, (CAMARGO, 2001). Com a expansão da fronteira agrícola no Brasil, aumentou o uso de insumos como o calcário, os adubos e os pesticidas, dentre os adubos destacam-se os micronutrientes, necessários ainda que em pequenas quantidades para o desenvolvimento das plantas (MALAVOLTA, 1994). Esses insumos agrícolas, usados com a finalidade corretiva ou nutricional, representam também uma fonte de contaminação e, em quantidades excessivas no ambiente podem ser tóxicos às plantas, aos microrganismos e ao ser humano. (CAMPOS et al., 2005). A avaliação da contaminação por metais pesados contidos nos fertilizantes tem atraído a atenção de muitos pesquisadores, devido a um eventual efeito no ambiente Camargo et al., (2000). Os principais metais pesados presentes no solo e nos produtos utilizados na agricultura são o Co, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sn e Zn. Os elementos Cu, Fe, Mn, Mo, Ni e Zn são considerados essenciais às plantas: para as bactérias fixadoras de nitrogênio o Co e o Mo; e para os animais Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo e Zn. Os elementos que apresentam caráter tóxico significativo são o Pb, Cd e o Cr, (MALAVOLTA, 1994). As concentrações de metais pesados, na solução do solo, dependem das características físicas, químicas e mineralógicas do solo, do teor de matéria orgânica e das características do próprio metal (COSTA, 2005). O acúmulo desses metais pode ocorrer na fase sólida do solo por diferentes caminhos, com diversos níveis energéticos, os quais estabelecem à maior ou menor reversibilidade de suas reações. Essas reações determinam a quantidade desses metais que estará disponível na solução do solo aos sistemas biológicos e, compreendem, basicamente, as reações de precipitação, de dissolução, de adsorção e de oxi-redução, (CAMARGO et al., 2001). Zhang et al., (2008) estudando uma bacia agrícola de alto rendimento na China relata que o aumento das concentrações de metais pesados foi continuo nas últimas três 24

décadas. Os resultados experimentais indicaram que a poluição por concentração da maioria dos metais investigados, como Cd, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn isso segundo os autores devido ao uso de fertilizantes fosfatados. 2.5.2 Perdas de metais pesados do solo por erosão O uso intensivo de agroquímicos e as elevadas perdas de solo por erosão podem acarretar sérios riscos de contaminação às águas superficiais, (NUÑEZ et al. 1999). Os rejeitos industriais, os resíduos de esgoto e os fertilizantes têm adicionado grandes quantidades de metais pesados no ambiente, pois em contato com o solo a toxicidades desses metais pode ser modificada pela textura, permeabilidade, capacidade de armazenamento de água, profundidade do lençol freático, posição do solo na paisagem e erodibilidade entre outros fatores (RESENDE et al., 2002). Além da natureza do material de origem, outros fatores como o teor e a composição da fração argila, conteúdo de matéria orgânica e condições físico-químicas dos solos podem influenciar na concentração dos metais no solo (OLIVEIRA, 1996). A ocorrência de enxurrada em lavouras, invariavelmente resulta na perda de agroquímicos, o transporte de sedimentos enriquecido de corretivos, fertilizantes, partículas de solo e material orgânico podem implicar em poluição com danos econômicos e ambientais (SCHICK et al., 2000; DENARDIN et al. 2008). Segundo Soares et al. (2004) os sedimentos são carreadores e fontes potenciais de contaminação dos sistemas aquáticos. Portanto, o estudo dos poluentes em sedimentos tem se tornado uma ferramenta importante para a distinção da origem da poluição, antrópica ou natural. Nuñez (1997) estudando a distribuição de metais pesados em diferentes sistemas de manejo do solo constatou que em todos os sistemas de preparo as partículas de solo contaminadas pelo uso intensivo de agroquímicos foram transportadas pelas enxurradas acumulando-se em elevados teores nos sedimentos. Nuñez et. al., (2006), ao avaliarem uma área de cultivo com olericultura verificaram que os sedimentos de fundo e a água do córrego que atravessa a microbacia apresentavam concentrações de Pb, Zn e Mn muito elevadas, sendo os índices de contaminação influenciados pelo sistema de manejo da cultura e perdas por erosão do solo. 25

2.5.3 Valores de referência dos níveis de metais no solo O Brasil não dispõe de uma regulamentação oficial quanto aos níveis máximos de metais no solo. A tendência é utilizar os índices como o americano proposto pela USEPA United States Environmental Protection Agency. Porém, o Estado de São Paulo por meio da CETESB Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo disponibiliza uma tabela com valores orientadores de metais pesados no solo (Tabela 1). Vários autores utilizam essa tabela como referência para comparação de dados. No caso da água o Ministério da Saúde por meio da Portaria 518/04, visando assegurar a qualidade da água a ser consumida após tratamento prévio, estabelece os padrões de potabilidade para substâncias químicas que representam riscos para saúde, dentre essas alguns metais. Além dessa Portaria, o Conselho Nacional do Meio Ambiente CONAMA, através da Resolução 357 de 17 de março de 2005, dispõe sobre a classificação dos corpos d água e diretrizes ambientais para seu enquadramento e estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes. Tabela 1- Valores orientadores de referência de qualidade (VRQ), de prevenção (VP) e intervenção (VI) para alguns metais pesados no Estado de São Paulo (CETESB, 2005). Solos Elemento VI VRQ VP Agrícola Residencial Industrial Mg Kg -1 Cádmio < 0,5 1,3 3 8 20 Chumbo 17 72 180 300 900 Cobre 35 60 200 400 600 Cromo 40 75 150 300 400 Ferro - - - - - Manganês - - - - - Molibdênio < 4 30 70 100 120 Níquel 13 30 50 100 130 Zinco 60 300 450 1.000 2.000 Fonte: CETESB, 2005. 26

3. MATERIAL E MÉTODOS 3.1 Área de estudo O estudo foi realizado em parcela experimental para o monitoramento do escoamento superficial e das perdas de solo, água, nutrientes e metais pesados, sob condições de chuva natural na safra 2005/2006, as quais foram instaladas na microbacia do córrego da Ilha, localizada no município de Campo Verde/MT (Figura 1). A região é caracterizada pelo tipo climático Aw da classificação de Köeppen, temperatura média anual oscilando de 18 a 24 C com precipitação pluvial anual variando de 1500 a 2500 mm. O solo da área foi classificado como Latossolo Vermelho Amarelo textura argilosa de acordo com o EMBRAPA (1999). Figura 1 Localização da área de estudo, microbacia do córrego da Ilha. Fonte: Mendonça et al., (2007). 27

A área onde foi instalado o experimento encontrava-se sendo cultivada com algodão sob dois sistemas de preparo do solo, cultivo mínimo (CM) e plantio convencional (PC). No CM o solo e mantido praticamente imobilizado, realizando-se gradagem superficial para incorporação dos restos culturais e adubações feitas a lanço e no PC sistema o solo sofre revolvimento por meio de aração e gradagem com incorporação dos restos culturais e das adubações. Esse experimento é parte integrante do Projeto intitulado: Estudo da ação mitigadora da faixa de contenção e de sistemas de cultivos em lavouras de algodão sobre as perdas de solo, de água, de nutrientes e a contaminação de recursos hídricos por biocidas financiado pelo Fundo de Apoio à Cultura do Algodão FACUAL. As adubações referentes à safra 2005/2006 foram feitas em: 21 de dezembro de 2005 com cloreto de potássio (KCl) (91,2 kg ha -1 ), super simples granulado + zinco(ssg + zinco) (225,6 kg ha -1 ) e super triplo (127,27 kg ha -1 ) em 28 de janeiro de 2006 foram aplicados boro (17,00 kg ha -1 ) cloreto de potássio (200,0 kg ha -1 ), sulfato de amônia farelado (51,0 kg ha -1 ), sulfato de amônia granulado (286,0 kg ha -1 )e uréia (196,0 kg ha -1 ), além dos pesticidas aplicados em várias datas. Essas informações foram fornecidas pela Fazenda Santa Juliana, propriedade onde foi instalado o experimento. 3.2 Descrição do meio físico Foi realizada a descrição de topossequencia seguindo-se o roteiro de atividades desenvolvido por Salomão (1994), visando identificar, caracterizar e mapear a cobertura pedológica, envolvendo a delimitação da vertente investigada. Essa foi locada na margem esquerda do Córrego da Ilha, afluente do Rio das Mortes na Fazenda Santa Juliana. O levantamento da topossequencia teve por objetivo entender o funcionamento físico-hídrico ao longo do perfil dos solos. Para a descrição e interpretação dessa topossequencia foram abertas sete trincheiras (Figura 2). A primeira trincheira (T1) localizava-se entre o cerrado e o campo úmido, a aproximadamente 10m do leito do córrego; a segunda (T2), localizada dentro do Cerrado, a terceira (T3) no limite do cerrado e a área de plantio, a quarta trincheira (T4) localizava-se no inicio da área de plantio e as demais trincheiras (T5, T6 e T7) localizaram-se na área de plantio. Nessas trincheiras foram feitas descrições morfológicas e caracterizações química e física do solo. Os Anexos 1 e 2 28

mostram as descrições morfológicas e químicas da T4. As parcelas experimentais, os lisímetros e os coletores de solução de solo foram instalados na trincheira quatro (T4). Figura 2 Funcionamento hídrico relacionado à infiltração e escoamento superficial e subsuperficial. Fonte: Mendonça et al., (2007) A interpretação do comportamento hídrico, direção do fluxo da água e de infiltração e escoamento superficial tornaram-se possível devido à interpretação dos dados coletados nas sondagens a trado e nas trincheiras. Para essa interpretação vários aspectos foram analisados em campo, como estrutura, textura e porosidade, presença de plintita, concreções/couraça ferruginosa, mosqueamento dos horizontes, coloração e com a elaboração da toposseqüência pode-se observar a disposição dos horizontes pedológicos tanto na vertical quanto na horizontal. Ao analisar a textura do solo, em campo foram realizados testes táteis com amostra molhada e trabalhada com a ação dos dedos, de maneira a classificar a composição granulométrica aproximada de cada horizonte, e respectiva textura. Dependendo das características da textura e da estrutura, a água de chuva pode infiltrar com maior ou menor facilidade no solo. Quando o solo é mais arenoso há maior facilidade de infiltração, propiciada pela porosidade. 29

Para caracterização física e química do solo foram coletadas amostras deformadas. As análises dessas amostras para a caracterização do meio físico seguiram os procedimentos metodológicos da EMBRAPA (1997), que se encontram descritos resumidamente na sequência abaixo: a) Análises físicas do solo - Análise granulométrica pelo método do densímetro através dispersão com solução de NaOH a 1 mol L -1 e agitação por 1 hora, relação solo-solução dispersante 25:12,5; - Fracionamento da fração areia por tamização com peneiras de malha 2, 1, 0,5, 0,25, 0,12,5 e 0,0053 mm. - Densidade real foi determinada pelo método do balão volumétrico, em que foi tomada a massa de solo conhecida e o volume do solo é determinado; - Porosidade total, macro e microporosidade determinadas pela mesa de tensão por meio de amostras indeformadas submetidas a uma tensão de 60 cm de coluna d água (anel de Kopeck). b) Análises químicas do solo - ph em H 2 O e em CaCl 2 0,02 mol L -1 relação solo-solução 1:2,5; - C-carbono orgânico em g kg -1 oxidação da matéria orgânica do solo com solução de dicromato de potássio em presença de ácido sulfúrico e determinação por colorimetria; - Ca + Mg e Al trocáveis - extração com KCl 1 mol L -1 e determinação por titulometria de complexação com EDTA 0,025 mol L -1 para cálcio + magnésio e titulometria de neutralização com NaOH 0,025 mol L -1 para alumínio trocável, relação solo-solução 1:10; - H + Al - extração com acetato de cálcio ph 7,0 e determinado por titulação de neutralização com NaOH 0,025 mol L -1, relação solo-solução 5: 75; - K e P - extração desses dois íons foi com as soluções ácidas de HCl 0,05 mol L -1 e H 2 SO 4 0,025 mol L -1 (solução de Mehlich), relação solo-solução 1:10 e determinados por fotometria de chama e por colorimetria (complexante molibdato de amônio, subcarbionato de bismuto e ácido ascórbico) respectivamente. 30

11m 3.3 Metodologia 3.3.1 Instalação das unidades experimentais e dos coletores de água e sedimento As unidades experimentais constituíram de parcelas com 11 m de comprimento e 3,5 m de largura segundo especificações de WISCHMEIER e SMITH (1978), delimitadas em suas extremidades superiores e nas laterais por chapas galvanizadas, cravadas 0,10 m no solo, providas de um sistema coletor de enxurrada na sua extremidade inferior (Figura 3). 3,5 m L2 PC L2 CM L1 Lisímetros L1 Calha coletora Coletores Solução do solo Tubo de PVC Manta geotêxtil Caixa coletora de sedimento Caixa de divisão da água Calha Geib Caixa de coleta de amostra de água Mata ciliar Rio P1 P2 P3 Poços monitoramento Figura 3 - Representação esquemática das parcelas experimentais, sistema coletor de solo e água e disposição dos lisímetros (L), coletores de solução do solo (SS) e poços de monitoramento (PM). 31

Esse coletor foi constituído de uma calha coletora conectada por meio de um tubo de PVC (100 mm) a uma estrutura de coleta posicionada na extremidade inferior da área experimental consistindo de uma caixa retangular construída de chapa galvanizada, contendo um sistema de filtragem (manta geotêxtil). Essa caixa apresentava uma saída composta por um divisor tipo Geib, provido de nove aberturas, sendo que a abertura central era conectada a uma caixa que armazenava o volume de escoamento que passava pela fração de 1/9 do divisor. O escoamento superficial e os sedimentos transportados da parcela foram conduzidos através de tubos de PVC para uma estrutura de coleta posicionada na extremidade de menor cota da área experimental. De posse desse volume e da razão de coleta da abertura central, determinouse o volume total do escoamento superficial, que foi armazenado em caixa coletora de 200L. Detalhes da área da parcela e do sistema coletor podem ser observados na Figura 4 (a e b). a) Vista da parcela experimental. b) Coletores de água de escoamento e sedimento carreado. Figura 4 Vista da parcela experimental e do sistema coletor instalado na área do experimento. A precipitação que incidiu sobre a área experimental, bem como a sua distribuição temporal, foi registrada por um pluviógrafo do tipo pulso, instalado na área experimental, permitindo dessa forma a avaliação das perdas de água e solo em função de diferentes durações e intensidades de precipitação, erosividade da chuva, entre outros aspectos. As coletas de solo e de água aconteceram sempre que a chuva que incidisse sobre a área causasse escoamento superficial e ocorreu em datas distintas quando foram realizadas as coletas, coincidindo com ciclo do algodão, e com ao período chuvoso da região. A lâmina de escoamento superficial foi obtida pela relação entre o volume total escoado e a área da parcela experimental. 32

V L esc esc A (1) onde, L esc = lâmina total de escoamento superficial, mm; V esc = volume total de escoamento superficial, L; e A = Área da parcela experimental, m 2. As perdas de solo foram quantificadas pelo método direto de Bertoni et al., (1990), conforme a equação 2, por meio da coleta dos sedimentos transportados juntamente com o escoamento superficial até a estrutura de coleta, localizada à jusante de cada parcela experimental. PS = R. K.L.S. C. P (2) onde, PS = perda de solo média anual, t ha -1 ano -1 ; R = fator de erosividade da chuva, MJ mm ha -1 h -1 ; K = fator de erodibilidade do solo, t ha h MJ -1 mm -1 ; L = fator de comprimento de rampa, adimensional; S = fator de declividade de rampa, adimensional; C = fator de uso e manejo do solo, adimensional; e P = fator de práticas conservacionistas, adimensional. A manta geotêxtil foi previamente pesada, para possibilitar a coleta das partículas de solo transportadas pelo escoamento superficial durante o evento das chuvas. Após a precipitação, a manta com solo foi retirada da estrutura de coleta e colocada para secar ao ar, para posterior determinação da sua massa seca. No ato da pesagem do solo este foi homogeneizado e as amostras retiradas para determinar a umidade residual e, com isso possibilitar a determinação do peso de solo seco. 33

3.3.2 Lisímetros O lisímetro é um sistema utilizado para coletar água que infiltra no solo. Neste trabalho utilizou-se lisímetros de pavio em aço inoxidável, com amostragem por gravidade conforme descrito por (LAABS et al., 2002). Foram implantados dois lisímetros (L1 e L2) de seção quadrada de 23 cm de lado na profundidade de 50 cm ao lado de cada parcela experimental, a parte inferior era preenchida com areia e cascalho previamente esterilizado, para permitir a coleta da água percolada no perfil do solo. O L1 ficava próximo a calha coletora de água e sedimento e o L2 localizava-se na parte central externa da parcela cravado abaixo da superfície do solo cerca 0,30 m, de modo a permitir a circulação de máquinas agrícolas. Após a instalação dos lisímetros procedeu-se a abertura de uma vala no solo acoplando-se a eles, garrafas de dois litros nas quais era coletada a água que infiltrava. Dessa forma, facilitou as coletas que ocorreram nas datas 01, 15 e 28 de dezembro de 2005; 13 de janeiro e 28 de fevereiro de 2006. 3.3.3 Coletores de solução do solo Os coletores de solução de solo são usados para coletar a água presente nos poros das partículas de solo. Foram confeccionados com tubo de PVC e capsula porosa de cerâmica na extremidade inferior que servia como elemento filtrante da água do solo. A outra extremidade se encontrava vedada, com apenas um pequeno orifício por onde passam dois tubos capilares usados para sucção da água. Esses coletores de solução do solo estavam dispostos ao lado das parcelas experimentais, num total de dez coletores, inseridos no solo em profundidades de 0,3 m e 1,30 m. Para a retirada da água percolada desses coletores utilizou-se de uma bomba de sucção. As coletas, num total de 41(quarenta e uma), ocorreram em várias datas no período correspondente a safra 2005/2006. 34

3.3.4 Poços de monitoramento Os poços de monitoramento no decorrer desse estudo denominados P1, P2 e P3 estavam dispostos em seqüência entre o corpo d`água e o final da área de plantio, após as parcelas experimentais, com o objetivo de coletar amostra de água para análise de nutrientes, monitorar a oscilação do lençol freático e seu nível durante o ano. A distância entre P1 e a área de cultivo foi de 12 m, entre P1 e P2, cinco metros e entre P2 e P3 três metros. O material utilizado para confecção foi tubo de PVC com o fundo lacrado e ranhuras nos últimos 60 cm para permitir a entrada de água. O espaço vazio ao redor do tubo foi preenchido com areia inerte para servir de pré-filtro até a altura de 60 cm, e o restante foi completado com o próprio solo retirado na perfuração, de 30-40 cm do tubo de PVC ficava acima do solo. A parte superior dos poços foi fechada com tampão removível para evitar a contaminação e entrada de insetos. Para instalação dos poços de monitoramento foi aberto um furo usando trado tipo holandês manual e/ou trado mecânico, dependendo da dificuldade de perfuração, até ultrapassar o nível d água ou até onde a resistência do material permitiu. Antes da coleta de água no poço de monitoramento a profundidade do nível d água era medida através de um medidor elétrico, a temperatura e o oxigênio dissolvido usando-se o oxímetro WTW modelo OXI 340/SET. As amostras de água foram retiradas dos piezômetros por meio de um coletor de aço inox, e ocorreram nas datas: 01 e 15 de dezembro de 2005; 13 de janeiro, 01 de fevereiro, 03 e 24 de março 2006, sendo transferida para frascos de plástico e conservada no gelo até a chegada ao laboratório para análise. 3.4 Coletas de sedimento e de águas nos compartimentos do solo Além da coletas de solo e água de escoamento superficial nas parcelas experimentais já descritas, foram instalados lisímetros, coletores de solução de solo e poços de monitoramento, para coleta de água no perfil do solo, com a finalidade de verificar a dinâmica dos nutrientes: potássio (K), fluoreto (F - ), cloreto (Cl - ), nitrito (NO - 2 ), nitrato (NO -3 3 ), fosfato (PO -3 4 ) e sulfato (SO -2 4 ). 35

As concentrações de metais pesados carreados por erosão hídrica foram determinadas no sedimento coletado no procedimento descrito no item 3.2. Os metais analisados no sedimento foram cádmio (Cd), cobre (Cu), cromo (Cr), ferro (Fe), manganês (Mn), níquel (Ni), chumbo (Pb) e zinco (Zn). As amostras de água para análise de nutrientes após a coleta foram colocadas em frascos de plástico de 300 ml e as de sedimento em recipientes de alumínio tampadas, sendo conservadas sob gelo imediatamente após a coleta e levadas para análise no laboratório de solos, FAMEV/UFMT, onde foram mantidas sob refrigeração. 3.5 Análises dos nutrientes nas águas e dos metais pesados no sedimento Os resultados dos nutrientes mostrados ao longo deste trabalho corresponderam às coletas feitas na safra 2005/2006, já as coletas para a análise dos metais pesados referem-se às safras 2005/2006 e 2006/2007. As análises de potássio nas águas seguiu a metodologia descrita por (TEDESCO et al., 1995), enquanto que as análises dos ânions fluoreto, cloreto, nitrito, nitrato, fosfato e sulfato seguiu metodologia descrita no (STANDARD METHODS, 1999). As determinações dos nutrientes e da granulometria no sedimento carreado seguiram a mesma metodologia descrita acima para as análises físicas e químicas do solo. 3.5.1 Análise dos nutrientes da água coletada Para a determinação dos ânions as amostras de águas foram filtradas em membrana porosa de 0,45 µm e as leituras realizadas em cromatógrafo iônico Dionex Modelo ICS 90, eluente carbonato:bicarbonato (1:2 mmol), coluna AS14A, as análises foram feitas no Laboratório de Metais Pesados do Departamento de Química da UFMT. Os teores totais dos nutrientes e dos metais pesados, perdidos por erosão hídrica foram obtidos por meio do produto das concentrações dos elementos na água e no sedimento. 36

3.5.2 Análise dos metais pesados Nas amostras de sedimentos correspondentes às perdas por erosão hídrica nos sistemas de manejo CM e PC determinaram-se o teor total de metais pesados (Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Mn e Fe). As analises foram feitas em triplicata por meio de digestão nitro-perclórica (HNO 3 + HCLO 4 ), utilizando bloco de digestão e metodologia preconizada por (TEDESCO et al., 1995). As concentrações de Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Mn e Fe nos extratos dos sedimentos foram determinadas por espectrofotometria de absorção atômica, com uso de chama de ar-acetileno e um equipamento VARIAN modelo SPECTRA AA220, sem correção de background. Os limites de detecção acham-se apresentados na Tabela 2. As leituras dos respectivos metais foram realizadas no Laboratório de Metais Pesados do Departamento de Química da UFMT. Tabela 2 Limites de detecção no espectrofotômetro de absorção atômica VARIAN SPECTRA AA220. Elemento Limite de detecção mg L -1 Cd 0,02-3 Cr 0,06-15 Cu 0,03-10 Fe 0,06-15 Mn 0,02-2 Ni 0,1-20 Pb 0,1-30 Zn 0,01-2 3.6 Análises estatísticas Para o processamento dos dados utilizou-se o programa Excel for Windows e o softwear STATISTIC 6.0. Foram realizadas análise descritiva dos dados e teste t (Student) a 5% para comparação das médias das concentrações obtidas para os nutrientes em cada compartimento de coleta e de metais pesados nos sedimentos nos dois sistemas de cultivo. 37

3.7 Valoração das perdas de nutrientes no sedimento Neste estudo as quantidades dos nutrientes K, P e Ca e Mg perdidos por erosão hídrica (kg ha -1 ano -1 ) foram expressos em quantidades de superfosfato triplo (P 2 O 5 ), Cloreto de Potássio (K 2 O) e Calcário dolomítico (Ca + Mg), levando-se em conta a porcentagem média de P 2 O 5 no superfosfato simples (18%), K 2 O no cloreto de potássio (60%) e CaO + MgO no calcário dolomítico (100%), semelhante ao estudo conduzido por (BERTOL et al., 2007). Com base nas quantidades de superfosfato triplo, cloreto de potássio e calcário, os valores das perdas de P, K, Ca e Mg por erosão hídrica foram expressos em US$ ha -1 ano -1 num procedimento semelhante ao utilizado por (FREITAS et al., 1983). Para os cálculos adotou-se, o valor de US$ 210,00 para a tonelada de superfosfato triplo, de US$ 580,00 para a tonelada de cloreto de potássio e de US$ 20,00 para a tonelada de calcário dolomítico. O valor monetário dos adubos e do calcário corresponde aos praticados no município de Campo Verde, com cotação de preços realizada em 30 de setembro de 2009. 38

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 Características físicas e hídricas do solo Algumas características físicas de um solo são modificadas de acordo com o seu tipo e o manejo a que é submetido, por isso, o estudo sobre essas características é de fundamental importância, antes de qualquer trabalho relacionado à dinâmica da poluição do solo e da água. Para melhor compreensão do comportamento físico-hídrico da área das parcelas experimentais realizou-se a toposseqüência alocada na vertente da margem esquerda do Córrego da Ilha, a qual atingiu uma extensão 1256,5 m com domínio de Latossolo Vermelho Amarelo plíntico textura argilosa. O levantamento da cobertura pedológica das vertentes associadas à microbacia o Córrego da Ilha e a elaboração da toposseqüência permitiu o entendimento das relações entre os tipos pedológicos e a declividade do terreno. Permitiu também a compreensão do funcionamento hídrico relacionado à infiltração e escoamento superficial e sub-superficial das águas de chuva nas diferentes posições da vertente até o aqüífero freático. Esses entendimentos, estendidos à área da microbacia como um todo, permitiu delimitar áreas ou segmentos das vertentes que apresentam características pedológicas, topográficas e de funcionamento hídrico, relativamente homogêneo, constituindo compartimentos ou unidades morfopedológicas. Pela análise da toposseqüência, em suas porções de topo e terço superior, o aqüífero freático encontra-se a profundidades relativamente grandes, sendo abastecido diretamente pelas águas da chuva que infiltram verticalmente, até encontrar o substrato pedogenético constituído por couraça ferruginosa, praticamente impermeável. Parte das águas de precipitação pluviométrica fica retida na microporosidade do solo, mas aquelas que circulam pelos macroporos tendem a atingir o aqüífero freático. Por outro lado, no terço inferior da vertente, o aqüífero freático encontra-se a profundidades inferiores a 1(um) m aflorando no fundo do vale. As parcelas experimentais foram instaladas na trincheira T4, sob a área de cultivo. Na Figura 2 pode-se visualizar a interpretação do funcionamento hídrico no que se refere às tendências de infiltração e escoamento da águas pluviais, conforme indicado pelas setas em azul. Ilustra também, a disposição do aqüífero superior, facilmente identificado pelas 39

sondagens realizadas e a ocorrência de um aqüífero inferior percebido pelo aprofundamento da trincheira em questão. Sua ocorrência no interior da camada de couraça ferruginosa dificulta a identificação da sua distribuição ao longo da vertente. Ao analisar as características físicas do solo (Tabela 3) e morfológicas (em anexo) correspondente à T4 verificou-se que sua textura é argilosa, cujos teores de argila foram maiores que 35 %, solos com esse teor de argila são considerados argilosos de acordo com o Sistema Brasileiro de Classificação do Solo (EMBRAPA, 1999). Pelas analises granulométricas observa-se que solo apresentou silte no horizonte superficial que somada a textura argilosa possibilita em eventos pluviométricos enxurrada superficial rica em sedimentos coloidais, o qual é conferido por essas partículas que são facilmente arrastadas pela erosão hídrica e que geralmente são responsáveis por reter as partículas poluentes e nutrientes (SCHIK et al., 2000; SEGANFREDO, et al., 1997). Quanto maior o teor de argila dispersa em água, menores são as taxas de infiltração da água no solo e maior a erodibilidade entre sulcos (ELTZ et al., 2001). Os autores consideram como limite crítico para esse processo, o teor de argila igual ou maior que 35%. No caso do solo estudado a argila dispersa em água variou ao longo do perfil, ficando o maior valor para profundidade maior que um metro o que não representa problemas de erosão para o solo em questão. O fracionamento da areia revelou maior percentual de areia fina (AF), seguida da fração areia média (AM), notadamente no horizonte superficial, provavelmente resultado do arraste das partículas finas pelas enxurradas. Observou-se uma variação dessas frações ao longo do perfil do solo, indicando, nestes casos, um processo de intemperismo mais acentuado, Tabela 3. A densidade aparente do solo para as parcelas experimentais ficou entre 1,18 e 1,33 g cm -3 na T4, observou-se que o horizonte B/A apresentou maior densidade (1,33 g cm -3 ) isso, pode ser devido à migração de argila, e até silte, dos horizontes superficiais Maria et al. (1999) constataram que densidade de 1,2 g cm -3 para Latossolo Roxo é considerado como limite, afirmando que a partir disso ocorre restrição ao desenvolvimento radicular quando o solo se encontra na capacidade de campo, caracterizando compactação do solo. A porosidade está relacionada de forma inversa à densidade do solo, ou seja, na medida em que a densidade do solo aumenta, a porosidade diminui e vice-versa, permitindo maior ou menor taxa de infiltração da água no perfil de solo. Nesse caso, observou-se uma 40

variação da densidade e porosidade até a profundidade de 2 m onde ocorreu um sensível aumento da porosidade em profundidade, sugerindo que o solo investigado apresenta percolação de água ao longo do perfil. A macroporosidade foi menor na superfície do solo e apresentou um ligeiro aumento nas camadas subsuperficiais o que resulta num solo com boa infiltração de água, ao contrário a microporosidade foi maior na superfície o que dificulta a percolação da água por gravidade. Dentre as características dos fluxos hídricos através dos solos a condutividade hidráulica, indica a taxa de infiltração, que para o solo estudado apresentou os menores valores nas camadas superficiais o que resulta em maior escoamento superficial, porém aumentando em profundidade. O grau de floculação elevado e o grau de dispersão baixo indicam que a camada superficial do solo em questão apresentou baixa susceptibilidade de ser perdido por erosão, Bertoni et al., (1999) citam que solos argilosos apresentam baixa erodibilidade conferida pela resistência à desagregação das suas partículas. Tabela 3 - Características físicas e hídricas do Latossolo Vermelho Amarelo. Granulometria Fracionamento da Areia Horiz. Prof. Argila Silte Areia AG 1 AM 2 AF 3 AMF 4 cm g kg -1 % Ap 0-22 443,00 52,00 505,00 0,83 12,07 29,56 8,01 B/A 22-40 460,00 2,00 538,00 0,70 13,06 28,68 11,36 Bw 40-95 543,00 19,00 438,00 0,59 9,31 25,11 8,80 Bcf1 95-135 543,00 2,00 455,00 0,49 9,48 26,78 8,70 Bcf2 135-200 543,00 2,00 455,00 0,53 8,54 26,81 9,57 Ds 5 Porosidade Macro Micro PT 6 ADA 7 GF 8 GD 9 K 10 g cm -3 % cm h -1 1,22 6,21 47,37 53,58 11,00 97,51 2,49 0,03 1,33 11,91 39,98 51,89 13,40 97,10 2,90 0,49 1,23 16,62 35,35 51,96 3,10 99,44 0,56 0,91 1,18 17,11 37,86 54,96 7,10 98,69 1,31 0,63 1,26 14,88 42,43 57,31 20,60 96,22 3,78 1,04 Prof = profundidade; 1 AG = areia grossa; 2 AM = areia média; 3 AF = areia fina; 4 AMF = areia muito fina; 5 ds = densidade; 6 PT = porosidade total; 7 ADA = argila dispersa em água; 8 GF = grau de floculação; 9 GD = grau de dispersão; 10 K =condutividade hidráulica. 41

4.2 Concentrações de nutrientes na água de enxurrada As perdas de solo e água decorrentes da erosão hídrica nos sistemas de plantio convencional e cultivo mínimo estão apresentadas na Tabela 4 e os valores médios das concentrações dos nutrientes na água de escoamento, Tabela 5. Tabela 4 Perdas estimadas de solo e água em dois sistemas de manejo do solo, corrigidos para a declividade de 0,09 m. Safra Sistema de cultivo Perdas de solo t ha -1 Perdas de água L ha -1 2005/2006 PC 21,17 2.622.139,80 CM 4,09 766.852,20 As perdas estimadas de solo para PC estão acima do limite de tolerância obtidos por Lombardi et al., (1975) que estimou um valor médio de 11,2 ton ha -1 ano -1 para Latossolo Vermelho Amarelo. Essas perdas foram maiores no PC, sistema de preparo do solo passa por sucessivos processos de aração e gradagem, de modo que o solo fica desprovido de cobertura vegetal grande parte do tempo, isso em eventos pluviométricos facilita a remoção de material sólido pela erosão. Esse sistema possibilitou a desagregação e o transporte do solo por salpicamento das partículas, provocado pelo impacto das gotas de chuva, bem como pela desagregação e transporte do solo pela enxurrada e que provavelmente resultou na perda de solo de 17 t ha -1 a mais que o CM, concordando com os resultados obtidos por (BEUTLER et al., 2003 e GUADAGNIN et al., 2005). As perdas d água acompanharam a mesma tendência das perdas de solo e foram maiores no PC em relação ao CM. Observou-se que apesar da redução nas perdas d água no CM, os sistemas de manejo conservacionistas influenciaram mais as perdas de solo que as de água, corroborando com as observações de (BERTOL et al., 2007). A redução nas perdas de solo e água no CM foram cinco e três vezes menores do que no PC, respectivamente. Essa diferença pode ser explicada pela grande quantidade de restos culturais que é mantido no solo, tornando-o mais poroso, favorecendo a infiltração e retenção da água (PRUSKI, 2008). Por outro lado, conferindo rugosidade superficial o que reduz o arraste das partículas através da enxurrada reduzindo as perdas do sistema (BERTONI et al., 1999). 42

Ao analisar as concentrações dos nutrientes na água de escoamento superficial, não houve diferenças significativas entre as médias dos sistemas, (Tabela 5) embora os resultados por coletas mostrassem que foram maiores no PC que no CM, exceto o NO - 3 que apresentou maior concentração na média no sistema conservacionista. Tabela 5 Valores médios das concentrações dos nutrientes na água de enxurrada dos sistemas de cultivo convencional e mínimo. Sistema de cultivo Nutrientes K + F - Cl - NO 2 - mg L -1 NO 3 - PO 4-2 SO 4-2 PC 24,69a 0,23a 9,78a 0,24 3,97a 0,59 13,85a CM 11,18a 0,16a 8,03a ** 5,43a ** 8,99a Médias seguidas da mesma letra na coluna não diferem entre si, a 5 %, pelo teste t Student. ** Detectado apenas nas coletas realizadas no PC. O K + foi o nutriente que apresentou as maiores concentrações em ambos os sistemas de manejo. Porém, as médias desse nutriente em ambos os sistemas não apresentaram diferenças significativas entre si, provavelmente devido à grande variabilidade dos dados ocasionada pela distribuição mensal irregular das chuvas (Figura 5) e ocorrência de chuvas de grande intensidade em um único dia ou entre as datas das coletas, influenciando na concentração dos nutrientes nas coletas. Isso também explica os altos coeficientes de variação encontrados. 400 350 300 Precipitação mm -1 250 200 150 100 50 0 set/05 out/05 nov/05 dez/05 jan/06 fev/06 mar/06 abr/06 Meses das coletas Figura 5 Precipitação em mm -1 registrada entre o início e o final da safra 2005/2006. Fonte: Fazenda Santa Juliana. 43