Aplicações da pedometria no manejo e conservação de solos

Ricardo Simão Diniz Dalmolin – UFSM

Alexandre ten Caten - UFSC

Resumo da apresentação

- Introdução

Levantamento de Solos

- Conceito(s) Pedometria

- Cenários Mundial e Nacional

Técnicas de Predição Espacial

- Mapeamento Digital de Solos

- Aplicações

Manejo e conservação do solo

Esses processos de formação e destruição

ocorrem simultaneamente nos solos e o perfil

resultante reflete um balanço desses

processos (Presente e passado).

A relação solo-paisagem é

complexa e diversa devido aos

processos pedogeomorfológicos e

hidrológicos atuando ao longo de

centenas e milhares de anos.

A reconstrução, entendimento,

modelagem da relação solo-

paisagem requer uma visão

holística interdisciplinar.

Modelos quali-quantitativos que descrevem a relação solo-

paisagem são baseados em modelos conceituais (mentais).

O Levantamento de Solos é um

exercício de modelagem envolvendo

métodos científicos e o

conhecimento tácito do pedólogo.

Relação Solo-Paisagem

Esse modelo pode ser ajustado/reformulado e

uma nova relação solo-paisagem pode surgir.

Há o desenvolvimento de um

modelo mental que relaciona o solo

com condições de paisagem,

seguido pela formulação de

hipóteses, que são então testados

in loco.

Relação Solo-Paisagem

S=f(C,O,R.MO,T...)

Argissolo

O manejo eficaz do solo exige uma compreensão de padrões de distribuição dos

solos na paisagem Levantamento de solos

Produtos final do levantamento de solos

Tradicionalmente, o manejo do solo e o planejamento do uso da terra

têm sido os principais objetivos gerais dos levantamento de solos em

todas as escalas.

Levantamentos de solos em sua

forma tradicional têm sofrido

algumas críticas por serem muito

qualitativos.

Mapas Legados de Solos

Em resposta a estas críticas, modelos quantitativos têm sido desenvolvidos,

especialmente nos últimos 30 anos, que estão sendo usados para descrever,

classificar e estudar os padrões de distribuição espacial do solo de uma forma

mais objetiva (Mc Bratney et al., 2000).

O aumento da preocupação com as

questões ambientais propiciou uma nova

visão para os levantamentos de solos

que passou de sua conjectura subjetiva

tradicional de modelagem mais

quantitativa com acompanhamento de

problemas de precisão e incerteza.

A pedometria é uma tentativa de interpretar o conhecimento

de numerosas disciplinas, incluindo Ciência do solo, Ciência

da Geoinformação e estatística.

O que é pedometria (stricto sensu)?

uma definição formal pedometria é um neologismo derivado das raízes

gregas, pedos e metron

é utilizado de forma análoga a outras palavras como a biometria, psicometria,

econometria quimiometria e a mais antiga de todas as geometrias.

A definição abrange duas ideias principais:

1º - a parte métrica tem se restringido a métodos quantitativos

matemáticos e estatísticos

2º - solo ou pedon que corresponde aproximadamente a esse ramo da

ciência do solo que chamamos de pedologia.

Pedometria Definição

O termo pedometria foi proposto por Alex McBratney

Esse termo pode se definido como uma aplicação de

métodos estatísticos e matemáticos para o estudo da

distribuição e gênese dos solos.

Pedometria Estudo quantitativo da variação

do solo na paisagem.

Análago

Webster (1994) sugeriu uma definição alternativa para Pedometria:

''ciência do solo sob incerteza''.

Neste sentido, pedometria lida com a incerteza em modelos de solo que

são devidos a variação determinística ou estocástica, imprecisão e falta de

conhecimento das propriedades e processos do solo.

Assim, métodos matemáticos, estatísticos e numéricos poderiam ser

aplicados para resolver a incerteza e complexidade inerente ao sistema

solo, incluindo abordagens numéricas para a classificação, que lida com

variação supostamente determinística.

Pedometria não é novo. Como métodos matemáticos e estatísticos tem sido

aplicados a estudos de solo, pelo menos desde a década de 1960.

Técnicas Pedometricas foram desenvolvidos para atender a informações

quantitativas necessárias para informações mais precisas do solo e do ambiente.

Aplicação de métodos matemáticos e estatísticos para o estudo da distribuição e gênese

de solos. O objetivo da pedometria é conseguir uma melhor compreensão do solo como

um fenômeno que varia ao longo de diferentes escalas no espaço e no tempo. Esse

entendimento é importante, tanto para a melhoria do manejo e para nosso conhecimento

científico do solo e os sistemas (agronômicos, ecológicos e hidrológicos) do qual o solo faz

parte. Por esta razão, a pedometria está preocupada com a predição das propriedades do

solo no espaço e no tempo, com amostragens e monitoramento do solo e com a

modelagem do comportamento do solo. Pedometristas tipicamente estão envolvidos no

desenvolvimento e aplicação de métodos quantitativos para aplicar a estes problemas.

Estes incluem métodos geoestatísticos para predição espacial, planejamento e estratégias

de amostragem, métodos de modelagem linear e novas técnicas matemáticas e

computacionais, como wavelets, mineração de dados e lógica fuzzy.

www.pedometrics.org

Pedometria é um ramo da ciência do solo e nossa comissão reúne cientistas

do solo e do ambiente que estão interessados no uso da ferramentas

estatísticas e matemáticas para analisar e interpretar dados de solo.

70% dos trabalhos foi sobre MDS

Pedometria na Revista Brasileira de Ciência do Solo

A estrutura da RBCS mudou em 2011, a partir do volume 35

Nenhum trabalho na Comissão 1.3 Pedometria

Porém:

Modelagem Quantitativa Solo-Paisagem: Fundamentos

1941

S= f (Cl.O.R.P.T.)

cl: clima

o: organismos

r: topografia (relevo)

p: material de origem

t: tempo

A aplicação qualitativa

dos fatores de

formação tem sido e

ainda é o paradigma

que guia os

levantamentos de solo

Mapeamento Digital de Solos - MDS

“criação e população de sistemas espaciais de informação

de solos, através do uso de modelos numéricos para a

inferência das variações espaciais e temporais dos tipos

de solos e de suas propriedades, a partir de observações

e conhecimento dos solos e de variáveis ambientais

correlacionadas”.

O conceito clássico de MDS foi

estabelecido por Lagacherie e

McBratney (2007)

Principal aplicação predição por meio de equações matemáticas, de

classes e propriedades de solos e o mapeamento digital dos resultados de

forma contínua e espacial, criando a possibilidade de organizar um amplo

conjunto de dados para análise e interpretações em qualquer época, não

sendo o mapa o único produto (McBratney et al., 2003).

Mendonça (2009)

Entidades mapa áreas-

classes

Propriedades individuais do

solo

Dados Preditos

Derivações do MDE

Imagens digitais

Mapas ambientais

Treinamento dos dados

Propriedades pontuais

Classes de solos

Passo 1: Conceituar a entidade ou

propriedade a ser predita

Passo 2: Identificação e

obtenção de um conjunto

relevantes de dados de entrada

Passo 3: Desenvolvimento

de equações preditoras ou

regras de classificação

Passo 4:

Aplicação das equações

preditoras ou regras de

classificação

Passo 5: Avaliação da acurácia da

predição

Passo 6: Produção do mapa final

Propriedades do solo

Regressão

krigagem

Classes de solo

Árvore de decisão

Fuzzy, redes

neurais

Equações pontuais aplicadas

Mecanismos de classificação

Propriedades do solo

Raiz quadrada média do

erro

Mapa de resíduos

Múltiplas realizações

Acurácia das classes de solos

Combinação temática

Posição do erro

Predição de valores

Mc Millan et al.

MDS tem sido realizado com diferentes abordagens:

- predizer a distribuição espacial de atributos e classes de solos e/ou

aumentar informações pré-existentes.

Os métodos preditivos são dependentes da qualidade dos dados

utilizados:

-resolução do modelo digital de elevação

-qualidade e quantidade das amostras de treinamento

-banco com dados precisos e georreferenciados

Faltam protocolos que definam de maneira prática

detalhes sobre as técnicas de mapeamento digital

abordando também informações sobre escala.

Não há equação universal ou modelo de

predição digital de solo que se encaixe para

todas as regiões do globo (Grunwald, 2009).

Dissertação – Bueno (2014)

Qual o MDE mais adequado para derivar covariáveis do terreno para serem

utilizados em estudos de modelagem ambiental e no MDS em nível de bacia

hidrográfica?

Avaliar a qualidade

altimétrica e limitações

quanto à escala de 4

MDE (gratuitos) em

comparação com um

MDE por levantamento

planialtimétrico.

Exemplos de aplicações do MDS: Mapeamento de classes

Giasson et al (2006)

ten Caten et al (2011)

Uso de regressões logisticas multiplas na

extrapolação de parâmetros da paisagem para

reproduzir um mapa de solo a partir de uma

área de referência

ten Caten et al (2012)

Exemplos de aplicações do MDS:

Mapeamento de propriedades

do solo

Moore et al. (1993)

Mapeamento de propriedades

Demand Driven

Exemplos de aplicações do MDS: Mapeamento fuzzy do solo (grau de

pertinência)

ten Caten et al (2012)

Mapa de Solos - MDS

Aptidão de uso para Erva Mate - MDS

Tese – Silva (2012)

Dissertação – Dotto (2012)

Proximal Soil Sensing http://www.proximalsoilsensing.org/

A ç õ e s

Aplicações da pedometria no manejo e conservação de solos

A erosão é um processo natural de algumas atividades da

humanidade. Taxas elevadas de erosão são observadas na utilização

das terras agrícolas de maneira insustentável. O solo pode ser

considerado um recurso não renovável. Quando a erosão é grave a

perda é irreversível (Lal, 2001).

Lal (2003; 2005) destaca a estreita relação entre a perda de erosão

preferencial de solo (organicamente enriquecido) e o impacto que

isso pode ter sobre estoque global do carbono. Há impactos

ambientais adicionais porque o solo é transportado para os cursos de

água acrescentando contaminantes e aumentando a turbidez da

água, entre outros danos...

Foto Edemar Streck Foto Edemar Streck

Aplicações da pedometria no manejo e conservação de solos

Conservação de Precisão

1. Base hidrológica da Erosão

- Variabilidade espacial da infiltração

Precisa-se conhecer a variabilidade espacial da infiltração

(variabilidade do solo)

- movimento de água

- variabilidade física e química

- Processos de Formação do escoamento

É necessário descrever melhor o solo. Prever antes o que pode

acontecer (primeiro pela infiltração e depois pelo escoamento).

- Caminhos preferenciais e áreas úmidas

Identificar as áreas úmidas. As características subsuperficias: Qual a

espessura do horizonte A, espessura e profundidade do horizonte E;

profundidade do horizonte Bt... etc)

Quando há uma rápida saturação cessa a infiltração e gera o escoamento

Agentes da erosão – escoamento superficial

Modelagem do escoamento e erosão.

Problema saturação do perfil

Áreas de plantio direto no RS – não há mais o impacto da gota e sim a

saturação do perfil (e esse perfil está ficando cada vez menor... Compactação

superficial...)

2. Modelagem da erosão

- Fatores controladores

* erodibilidade

capacidade do solo de resistir a erosão.

Baseado em características do solo como carbono,

textura, óxidos de ferro...

* Topografia

É necessário informações de solo e relevo (relação direta com a erosão e

conseqüente aumento de água no solo; transferência de poluentes... etc)

Pixel de tamanho 30m é demasiado

grande.

As informações devem estar contidas

em pixels de no máximo 10 m ou

menos (informação do talvegue)

- propagação e mobilização

Onde erode e onde acumula.

O que limita é o desconhecimento

sobre o solo nas pesquisas hidrológicas

Cenário 1 expansão do cultivo em áreas de vegetação natural, sem adoção de práticas de conservação;

Cenário 2 expansão do cultivo em áreas de pastagens degradadas, sem adoção de práticas de conservação;

Cenário 3 expansão do cultivo em áreas de pastagens degradadas, juntamente com as práticas de conservação em 100% da

área expandida

-cenários conservacionistas

-cenários conservacionistas

Projetos de assoreamento usando o RUSLE – mapas de solos na

escala 1:250.000 para estimativa de vida útil de barragens para gerar

energia elétrica....

As informações são tiradas

erroneamente da internet...

Características de solo e relevo influenciam diferentes tipos de

erosão. A RUSLE é aplicada como uma constante.

3. Proposição de medidas

Engenharia reversa (modelagem) com informações precisas de solo e paisagem.

Trabalhar com bacias experimentais.

DESAFIO

Informações Geradas por

DSM Pedometria

Aplicadas em estudos de Hidrologia e Erosão

Manejo e Conservação do Solo