Salinização do Solo: Causas e Processos de Controle Maria da Conceição Gonçalves Tiago Brito Ramos José Casimiro Martins Instituto Nacional de Recursos Biológicos, I. P. L-INIA, Unidade de Ambiente e Recursos Naturais,, Oeiras Ex. Estação Agronómica Nacional Av. Republica, 2784-505 Oeiras, PORTUGAL Email: maria.goncalves@inrb.pt
INTRODUÇÃO O Solo é um sistema vivo que presta serviços essenciais para a sobrevivência da sociedade e dos ecossistemas As 8 principais ameaças as ao Solo (processos de degradação) indicadas na Estratégia Temática para a Protecção do Solo são: - Erosão - Declínio da matéria orgânica - Contaminação - Impermeabilização - Compactação - Declínio da biodiversidade - Salinização - Deslizamento de terras Zonas áridas, semi-áridas e sub-húmidas secas (P/ET0 entre 0.05 e 0.65 Desertificação
Salinização/sodização do solo Salinização é um processo que conduz ao aumento da concentração da solução do solo em sais solúveis ( Na +,Ca 2+, Mg 2+, K + ) para níveis prejudiciais às plantas. Sodização é o processo pelo qual o ião Na +, ganha preponderância no complexo de troca do solo, podendo causar a perda de uma ou mais funções do solo. A sodização é a maior ameaça da salinização. Muitas vezes é erradamente considerada como um sinónimo de salinização
O Sódio tem um efeito negativo nas propriedades do solo e no crescimento das plantas. (por exemplo: a dispersão das argilas destrói a estrutura do solo diminuindo a infiltração, a condutividade hidráulica e a retenção da água no solo, conduzindo a um aumento da erosão) A dinâmica do Sódio está associada à dinâmica dos outros catiões, nomeadamente do Cálcio e do Magnésio.
Principais causas da Salinização do Solo A acumulação de sais no solo está ligada à existência de uma fonte de sais, a uma evapotranspiração alimentada por água rica em sais e à insuficiência de precipitação e/ou de drenagem que permitam a lixiviação dos sais. Algumas das causas são naturais mas outras resultam da intervenção humana Causas naturais mais comuns de Salinização (Salinização Primária): Presença de toalhas de água de origem marinha e/ou acção directa das marés em regiões costeiras; Presença de toalhas freáticas ricas em sais provenientes da meteorização das rochas
Causas mais comuns de salinização induzidas pelo homem (Salinização Secundária): Uso de solos impróprios ou mal adaptados para a prática do regadio (com cinética lenta e sem sistema de drenagem); Rega com água rica em sais; Má condução da rega (dotações de rega desadequadas, distribuição desigual da água); Subida da toalha freática (redução da evapotranspiração por modificação da vegetação, excesso de rega ou infiltração de água a partir de reservatórios/canais de rega); Uso intensivo de fertilizantes ou correctivos, particularmente em condições de limitada lixiviação; Contaminação do solo com águas residuais ou produtos salinos de origem industrial.
Indicadores dos riscos de Salinização/ Sodização Condutividade eléctrica, EC SAR ( Ca ( Na 2 ) Mg 2 2 ) Relacionada com a totalidade dos sais existentes no solo ou na solução do solo Mede a capacidade da solução do solo e da água de percolação trocarem sódio com o solo ESP Na ( CEC) 100 Mede a capacidade do solo para trocar sódio
Os processos de salinização e sodização dão origem principalmente a dois tipos de solos: SOLOS SALINOS: solos com condutividade eléctrica da pasta saturada >4 ds m -1 (~40 mmol c L -1 ) SOLOS SÓDICOS: solos com Na de troca >15% (ou Na+Mg >50%)
A taxa de salinização depende: do conteúdo total de sais da água de rega, da taxa de evaporação/evapotranspiração, do total de precipitação durante o ano, da dinâmica da água no solo. A taxa de sodização depende: do SAR da água de rega (Na +, Ca 2+, Mg 2+ ) do ESP do solo, da relação SAR/ESP (propriedades do solo)
Processos de controlo da salinização/sodização Têm de ser baseados no conhecimento: da dinâmica da água no solo das relações entre as concentrações de sais solúveis e adsorvidos no solo Utilizar como ferramenta a modelação Avaliar a gestão da rega Prever os efeitos da qualidade da água de rega no solo e nas águas subterrâneas
Modelação efectuada com o modelo HYDRUS Equação de Richards para os fluxos de água no solo, Equação de Convecção-Dispersão para o transporte de solutos, Equações para a dinâmica do ESP SAR. http://www.pc-progress.com/en/default.aspx
Caso Estudado: Estudo da influência da qualidade da água de rega na salinização e na sodicização do solo Avaliação da capacidade do HYDRUS-1D na simulação: - Teor e fluxos de água no solo - Concentrações dos catiões individuais (Na +, Ca 2+, Mg 2+ ) - Salinidade (Condutividade eléctrica CE) - Razão de adsorção de sódio (SAR) - Percentagem de sódio de troca (ESP) Calibração / Validação em: Caso I - lísimetros Caso II - ensaios de rega
Caso I Lisimetros de solo 3 lisimetros construídos num Fluvissolo (1.2 m 2 x 1 m) Drenagem livre Vegetação espontânea de Maio 2001 a Setembro 2004 4 ciclos de rega e 3 ciclos e lavagem pela chuva Profundidades de monitorização 10, 30, 50 and 70 cm Rega manual Qualidade da água de rega: - EC de 0.3 a 3.2 ds m-1m - Na+ de 1 a 17 meq L-1L - Ca2+ de 1 a 5.1 meq L-1L - Mg2+ de 1 a 10.2 meq L-1L
Caso II Produção de Milho com água salina 2 campos experimentais num Fluvissolo e num Antrossolo Drenagem livre Cultura de milho grão De Junho 2004 a Fevereiro 2007 3 ciclos de rega e 3 ciclos de lavagem pela chuva Profundidades de monitorização - 20, 40 and 60 cm Rega gota a gota Qualidade da água de rega: - CE de 0.3 a 10 ds m-1 - Na+ de 1 a 100 meq L-1
Final view of the experimental Monitorização dos ciclos de rega e de lavagem Teor de água no solo com TDR field Condutividade eléctrica da solução do solo Catiões solúveis da solução do solo Amostragem antes e depois de cada ciclo de rega Condutividade eléctrica da pasta de saturação Catiões solúveis na pasta de saturação Catiões de troca Capacidade de troca catiónica Razão de adsorção de sódio (SAR) Percentagem de sódio de troca (ESP) SAR ( Ca ( Na ) Mg 2 2 2 ) Na ESP x100 ( CEC)
Dados de entrada necessários à modelação
Dados de entrada Limites das camadas de solo Período de tempo da simulação Condições de fronteira Fronteira superior: Fluxos de água Fronteira inferior: Drenagem livre Condições iniciais do solo Propriedades hidráulicas do solo Parâmetros de transporte de solutos Coeficientes de troca de Gapon Concentração iónica i das águas de rega Distribuição radical
Superfície Surface do solo (condição fronteira superior) Precipitação (diária) / Água de rega ET 0 diária (Penman-Monteith) ET c = ET 0 K c Transpiração das plantas (T) = ET c Cobertura do solo em função do LAI Evaporação do solo (E) = ET c - T
Condições iniciais do solo Teor de água do solo, TDR Densidade aparente Catiões solúveis do extracto de saturação Na +, Ca 2+, Mg 2+, K + Catiões de troca Na +, Ca 2+, Mg 2+, K + Capacidade de troca catiónica (CTC)
Propriedades hidráulicas do solo Medidas no laboratório rio - Mesas de sucção - Panelas de pressão - Método da evaporação - Método da crosta - Método do ar quente Parametrização das curvas com o modelo de Mualem-van Genuchten (RETC)
Parâmetros de transporte de solutos - Curvas de breakthrough usando cloretos com traçador ador - CXTFIT 2.1 (STANMOD)
PROPSOLO - Base de Dados de Propriedades do Solo Ramos et al. ( 2010)
PROPSOLO - Base de Dados de Propriedades do Solo Solos correspondentes a 10 Grupos de Referência FAO Representadas 56 famílias de solos, Classificação Portuguesa 261 perfis de solo 713 horizontes/camadas de solo 585 curvas de retenção 263 curvas de condutividade hidráulica 28 BTC
Funções de Pedotransferência Propriedades hidráulicas r = 0.33-0.0016 S + 0.0071OM -0.20 b s = 1.00-0.00052 FS + 0.040 GPD - 0.35 b ln = -6.84 + 0.63ln CS -0.45 ln S - 0.65 ln GPD - 0.74 ln b + 1.38 ln ph n = 1.14 + 0.0025 FS + 0.74 GPD + 0.00037 GSD - 0.020 ph l = 1.62-0.11 S -0.29 C + 0.043 GSD + 0.39 OM -0.43 ph log10 Ks = 4.82-0.95log10 FS - 1.61 log10 S + 1.18 log10 OM + 0.27 log10 Z Gonçalves, et al. (1999) Parâmetros de transporte de solutos logd = 2.524-0.389OM + 1.005logK sat,m 2.005 r + 0.895log R = -0.134 + 0.051FS + 3.38GPD + 0.0018GSD - 0.269OM - 1.075 b +0.133pH - 0.004K sat,m -1.89 + 0.0039K s ) = -5.65 + 0.0021GSD - 0.1104OM + 1.41 b - 0.047pH + 0.061-3.13 r -4.05 s + 4.42 +2.097n - 0.048 log = - 11.37-0.0199S - 0.2126C + 0.0324GSD + 0.7136pH - 0.778logKsat,m - 2.239log + 4.27n + 1.988logKs Gonçalves, et al. (2001)
Coeficientes de troca de Gapon Determinados a partir das condições iniciais do solo (Catiões solúveis e de troca) K Ca / Na Ca Na 2 ( Ca 2 = 1/ 2 Na ) c = T M z i 1 c i
Distribuição radical Monitorização com minirizotrão com câmara de vídeo digital
Exemplos de Resultados Obtidos
Simulação do teor de água nos monólitos Water content (cm 3 cm -3 ) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.5 10 cm 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 70 cm Water content (cm 3 cm -3 ) 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 I R I R I R I Measured Simulated 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Time (d)
Condutividade eléctrica Lísimetros Measured A Simulated A Measured B Simulated B Measured C Simulated C Produção de milho GI A - HYDRUS GI A - Measured GIV C - HYDRUS GIV C - Measured
Concentação de sódio s Na + Lísimetros Measured A Simulated A Measured B Simulated B Measured C Simulated C Produção de milho GI A - HYDRUS GI A - Measured GIV C - HYDRUS GIV C - Measured
Simulação da concentração de Ca 2+ Monólitos Measured A Simulated A Measured B Simulated B Measured C Simulated C Ensaio de rega GI A - HYDRUS GI A - Measured GIV C - HYDRUS GIV C - Measured
Simulação da concentração de Mg 2+ Monólitos Measured A Simulated A Measured B Simulated B Measured C Simulated C Ensaio de rega GI A - HYDRUS GI A - Measured GIV C - HYDRUS GIV C - Measured
Razão de Adsorção de Sódio S (SAR) Monólitos Measured A Simulated A Measured B Simulated B Measured C Simulated C
Percentagem de Sódio S de Troca (ESP) 0 Setembro 2001 % 0 4 8 12 16 20 0 Maio 2002 % 0 4 8 12 16 20 Prof. (cm) 20 40 60 Prof. (cm) 20 40 60 80 80 100 100 Medidos A Simulados A Medidos B Simulados B Medidos C Simulados C Prof. (cm) 0 20 40 60 80 Março 2004 % 0 4 8 12 16 20 Prof. (cm) 0 20 40 60 80 Setembro 2004 % 0 4 8 12 16 20 100 100
Conclusões Os riscos de salinização/sodiza ão/sodização dependem das condições climáticas, da qualidade da água de rega e das propriedades do solo. O seu controlo necessita de estudos integrados incluindo o das reacções de troca catiónica (Sódio, Cálcio C e Magnésio). A modelação mostrou ser capaz de simular a dinâmica dos solutos, sendo uma ferramenta essencial para a gestão da água no solo e para o controlo da salinização/sodiza ão/sodização do solo.
Conclusões O modelo HYDRUS-1D simulou, com sucesso, o movimento da água no solo e o efeito da aplicação de diferentes qualidades de água de rega na geoquímica dos solos estudados. Embora sejam necessários muitos parâmetros, o modelo é mais sensível às s condições climáticas, às s propriedades hidráulicas do solo, aos parâmetros de transporte de solutos e coeficientes de troca de Gapon.
Conclusões Este modelo é uma ferramenta de grande valia na avaliação das práticas agrícolas e na previsão do efeito da qualidade das águas de rega no solo e nos aquíferos. Modelos, como o HYDRUS-1D, devem ser usados para estabelecer práticas de regadio sustentáveis com vista à minimização dos riscos ambientais.
Muito obrigada pela vossa atenção