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Presidente Prudente - SP, 24-26 de julho de 2017

IV Simpósio Brasileiro de Geomática – SBG2017

II Jornadas Lusófonas - Ciências e Tecnologias de Informação Geográfica - CTIG2017 p. 054-059

J. C. Souza; E. R. N. Lopes; J. A. P. Sousa; N. G. Padovanni; J. L.; R. W. Lourenço. ISSN 1981-6251

AVALIAÇÃO ESPACIAL E SAZONAL DA UMIDADE DO SOLO

UTILIZANDO TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO E SISTEMA DE

INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS

JOSÉ CARLOS DE SOUZA

ELFANY REIS DO NASCIMENTO LOPES

JOCY ANA PAIXÃO DE SOUSA

NAIA GODOY PADOVANNI

MARIA CINTIA MATIAS DE MORAIS

ROBERTO WAGNER LOURENÇO

Universidade Estadual de Goiás - UEG

Universidade Estadual Paulista - Unesp

Laboratório de Geoprocessamento e Modelagem Matemática Ambiental

[email protected]

RESUMO - O objetivo deste trabalho foi avaliar o padrão espacial e sazonal de umidade do solo utilizando

técnicas de interpolação em ambiente SIG. O estudo foi realizado na bacia hidrográfica do rio Una, em Ibiúna,

São Paulo. A umidade foi avaliada através de aparelho medidor de umidade em trinta e cinco pontos amostrais e

em diferentes meses, sendo janeiro e agosto do ano de 2016. Esses meses compreendem os períodos de maior e

menor precipitação para a região. Os dados foram analisados pelo método de interpolação do inverso do

quadrado da distância – IQD no software Arcgis. A umidade do solo registrou, como esperado, valores maiores

nos meses com maior total de chuva, em todas as amostras, com exceção de algumas áreas agrícolas que

ocorriam irrigação por aspersão, no período seco. Os campos alagados, com solos hidromórficos apresentaram as

maiores médias nos dois períodos, úmido e seco e as pastagens apresentaram as menores médias de umidade.

Palavras chave: Umidade do solo, Uso do Solo, IQD, Bacia do Una.

ABSTRACT - The purpose of this work was to evaluate the spatial and seasonal soil moisture pattern through

the interpolation of the data. The study was applied in the watershed of the river Una, in Ibiúna, São Paulo State.

The measurements were made with a humidity measuring device in thirty-five sample points and the

measurement was carried out in the months of January and August of the year 2016. These months comprise the

periods of higher and lower total rainfall for the region where the study area is inserted. The results obtained

were interpolated using the inverse of the weighted distance method - IDW. Soil moisture recorded, as expected,

higher values in the months with the highest rainfall, in all samples, with the exception of some agricultural areas

where sprinkler irrigation occurred in the dry season. The fields flooded with hydromorphic soils presented the

highest averages in the two wet and dry periods and the pastures had the lowest moisture means.

Key words: Soil Moisture, Soil Use, IDW, Una Whatershad.

1 INTRODUÇÃO

A porção líquida do solo compreende em torno de

25% de sua estrutura, sendo que aproximadamente 50% é

composta pela parte sólida e 25% pela parte gasosa. O

conteúdo de água no solo é extremamente importante para

o equilíbrio do sistema solo-planta-atmosfera e as taxas de

ganho e perda de umidade, bem como a condutividade

hidráulica e a capacidade de infiltração estão relacionadas

à estrutura dos solos, à dinamica climatica e às formas de

manejo do solo, como as mudanças na cobertura vegetal

(LIER; LIBARDI, 1999; NOVA; BACCHI;

REICHARDT, 1996).

A umidade do solo é o teor de água presente nos

poros e espaços vazios do solo. Esse teor pode variar por

influência dos aspectos naturais, como a precipitação, a

topografia, a densidade da cobertura vegetal, a

evaporação, a radiação solar e os atributos físicos do solo

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IV Simpósio Brasileiro de Geomática – SBG2017

II Jornadas Lusófonas - Ciências e Tecnologias de Informação Geográfica - CTIG2017

J. C. Souza; E. R. N. Lopes; J. A. P. Sousa; N. G. Padovanni; J. L.; R. W. Lourenço. ISSN 1981-6251

(TEIXEIRA, 2010) ou pelas formas de uso e manejo do

solo. As práticas de manejo influenciam

significativamente nos teores de umidade dos solos, o

desmatamento, o revolvimento por máquinas agrícolas,

práticas de cultivo e o processo compactação do solo são

limitadores para o armazenamento de água (SILVA;

CABEDA, 2006).

Os sistemas de informação geográfica, aplicados

ao levantamento e espacialização de atributos dos solos,

tem contribuído substancialmente na compreensão da

influência dos fatores naturais e antrópicos na dinâmica

dos processos físicos, químicos e biológicos nas

estruturas pedológicas (ANDRADE et al., 2005; CORÁ;

BERALDO, 2006).

Dentre as técnicas de geoprocessamento aplicados

à espacialização de dados de solos, estão os métodos de

interpolação. As interpolações permitem estimar valores

para locais não amostrados, tornando-se útil à

compreensão da variabilidade espacial e temporal das

propriedades dos solos, com vistas à implementação

adequada de sistemas de manejo, bem como na

recuperação de solos degradados (CORRÊA; TAVARES;

URIBE-OPAZO, 2009; LOURENÇO et al., 2009;

BOTTEGA et al., 2013).

O objetivo deste trabalho foi avaliar o padrão

espacial e sazonal de umidade do solo, utilizando técnicas

de interpolação em ambiente de sistemas de informação

geográfica.

2 MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Área de estudo

O estudo foi aplicado na bacia hidrográfica do rio

Una, localizado no Estado de São Paulo (Figura 1). A área

encontra-se inserida na décima Unidade de

Gerenciamento de Recursos Hídricos do rio Sorocaba e

Médio Tietê (UGRHI-10) e seu recurso hídrico principal

possui destaque no abastecimento urbano e industrial,

além de contribuir com a descarga hídrica para o

reservatório de Itupararanga.

A bacia apresenta aproximadamente 10.000

hectares, apresentando importantes fragmentos florestais

de Mata Atlântica e forte infuência agrícola.

Figura 1. Localização da área de estudo.

2.2 Coleta de dados

As coletas foram feitas em trinta e cinco pontos

amostrais. As medições foram relizadas nos meses de

janeiro e agosto de 2016, contemplando os períodos

úmido e de estiagem (seco). Para determinação da

umidade do solo foi utilizado em campo o aparelho

Medidor de pH e Umidade de Solo Portátil, modelo PH

2500.

Na coleta dos dados preocupou-se em fazer a

aferição no mesmo local, para possibilitar uma correlação

com maior acurácia. Nas áreas de coleta procedeu-se a

limpeza da superfície, para retirada da vegetação e/ou

serapilheira. Na sequência o aparelho era introduzido no

solo, numa profundidade de aproximadamente 10 cm,

onde permanecia por aproximadamente 10 minutos, após

passado esse tempo era feito o registro do valor de

umidade.

O método de amostragem objetivou contemplar a

área de estudo, em toda sua extensão de 96 km² e definir

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uma base vetor em pontos para interpolação dos dados e

geração de mapas temáticos.

A grade de pontos foi gerada no software ArcGis

10.3, com distância aproximada entre os pontos de 1600

metros (Figura 2). Alguns pontos foram reajustados no

sentido de contemplar formas de usos e coberturas de solo

distintas em cada setor da bacia.

Figura 2 - Grade pontos de amostragem da umidade.

2.3 Análise de dados

O método de processamento e análise dos dados

foi a interpolação pelo Inverso do Quadrado da Distância

(IQD). Este tipo de interpolação é considerado uma

técnica determinística univariada de médias ponderadas.

O IQD é um método de analise espacial que

produz uma estimativa, ponderando os pesos de cada um

dos valores mais próximos, admitindo que quanto mais

distantes os pontos observados estiverem dos estimados,

menor será sua influência sobre o valor a ser inferido

(PELLEGRINO et al., 1998; MELLO, et al., 2003;

SILVA, et al., 2008; VIOLA, et al., 2010).

O IQD é obtido segundo a equação abaixo:

sendo:

Ẑ = valor interpolado;

Z = valor medido no ponto i;

d = distância ao ponto i;

p = expoente de ponderação;

n = número de pontos utilizados no cálculo.

Todos os processamentos envolvendo métodos de interpolação e geração dos mapas temáticos foram realizados no software de Sistemas de Informação Geográfica ArcGis versão 10.3.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

A bacia hidrográfica do rio Una está em uma

região de clima Subtropical de inverno seco e verão

quente e chuvoso, caracterizado por Köppen (1948) como

do tipo Cwa. A temperatura ar apresenta uma variação

típica de clima subtropical, apresentando temperaturas

máximas com médias entre 21°C e 27°C e mínimas com

médias entre 9°C e 17°C (Figura 3). Há registros de

médias máximas e míninas reduzidas nos meses de junho,

julho e agosto, marcando bem a relação direta entre altas

temperaturas e o aumento dos totais de chuva (CIIAGRO,

2016).

Figura 3: Temperatura média máxima e mínima - Ibiúna

(1996-2011) Fonte: www.ciiagro.sp.gov.br

As médias históricas mensais de precipitação para

o município de Ibiúna, referentes ao período de 1984 a

2014, estão apresentadas na Figura 4.

A região apresenta pronunciada sazonalidade dos

índices de chuva no decorrer do ano. Com base nesses

dados é que foram definidos os períodos para

levantamento das amostras, considerando o mês de

janeiro e agosto como os períodos ideais para a

compreensão da influência da sazonalidade na análise da

umidade do solo.

n

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i

n

i

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Figura 4 - Médias mensais de precipitação de Ibiúna

(1984 - 2014). Fonte: www.ciiagro.sp.gov.br

A espacialização da umidade do período úmido é

apresentada no mapa de interpolação da Figura 5, nele

podemos observar que os valores para o período variaram

de 5% a 23% de umidade.

Figura 5 – Umidade do solo interpolado para o periodo

umido.

A espacialização da umidade para o período seco é

apresentada na Figura 6, neste período os teores de

umidade variaram de 3% a 17%.

Figura 6 – Umidade do solo interpolado para o periodo

seco.

O resultado de trinta pontos amostrais apresentou

redução nos valores de umidade do período úmido para o

seco. Estas condições estão diretamente relacionadas ao

regime de chuva, que reduz significativamente de

fevereiro para julho.

No entanto, como pode-se perceber no gráfico da

Figura 7, cinco pontos apresentaram valores maiores em

julho, quatro destes (pontos amostrais 6, 14, 33 e 35)

ocorreram em áreas de culturas temporárias e um em

matas (ponto 31).

Figura 7 – Teores de umidade em (%) dos pontos

amostrais dos períodos úmido e seco.

Nas culturas temporárias, os valores elevados de

umidade, apresentadas no período seco, podem ser

explicados pela prática de irrigação por aspersão, que

ocorriam no momento de coleta. No ponto amostral da

área de matas, foi observado que os cultivos temporários

com práticas de irrigação ocorriam em seu entorno, no

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qual foram identificados processos de escoamento

superficial em direção a base da encosta, onde ocorriam

as áreas matas. Possivelmente, o escoamento superficial

dessa irrigação pode responder pelo aumento da umidade

no período.

Os resultados não indicaram um padrão de perdas

de umidade em relação as classes de uso e cobertura do

solo. Seis pontos amostrais apresentaram as maiores

perdas em teor de umidade, entre 8% e 12%, do período

úmido para o seco, dois pontos eram matas, dois de

culturas temporárias e um de reflorestamento. Nove

pontos amostrais apresentaram as menores perdas, entre

2% e 3%, isto ocorreu em classes diversas, como matas,

campo sujo, culturas temporárias e pastagem.

Considerando as médias, todas as classes de uso e

cobertura do solo apresentaram redução de umidade do

período úmido para o seco (Figura 8).

Figura 8 – Médias de umidade em (%) por classe de uso

e cobertura do solo dos períodos úmido e seco.

Os campos alagados, em função das características

hidromórficas dos solos, apresentaram as maiores médias

percenturais de umidade, nos dois períodos, registrando

20,5% no período úmido e 13,5% no período de estiagem.

No entanto, esses solos apresentaram significativa

redução nos valores de umidade em relação as demais

classes.

As culturas temporárias e os campos sujos foram

as classes que apresentaram a menor variação média entre

os períodos, com perdas médias variando 1,4% e 2,3%,

respectivamente. Os campos alagados e as áreas de

reflorestamento registraram as maiores perdas médias,

respectivamente 7% e 7,5%.

4 CONCLUSÕES

A umidade do solo, como esperado, registrou

valores maiores nos meses com maior total de chuva, em

todas as amostras, com exceção de algumas áreas

agrícolas com práticas de irrigação por aspersão. Os

maiores registros de umidade ocorreram nos solos

hidromórficos e a cobertura vegetal que apresentou as menores médias foi a pastagem.

Os solos hidromórficos e as áreas de reflorestamento apresentaram as maiores variações do período úmido para o seco. Na espacialização da umidade no período úmido, os solos hidromórficos ficaram evidenciados e no período seco as matas se apresentaram como as coberturas com as melhores condições de umidade nos solos.

O método de interpolação IQD se mostrou

aplicável a estudos de espacialização da umidade do solo, contribuindo para a compreensão da variação espacial em relação às formas de uso e cobertura do solo, identificando áreas com risco a ressecamento severo do

solo, especialmente áreas vegetadas.

5 REFERÊNCIAS

ANDRADE, A. R. S. et al. Variabilidade espacial da densidade do solo sob manejo da irrigação. Ciênc. agrotec., Lavras, v. 29, n. 2, p. 322-329, mar./abr., 2005.

BOTTEGA, E. L. et al., Variabilidade espacial de atributos do solo em sistema de semeadura direta com rotação de culturas no cerrado brasileiro. Rev. Ciênc. Agron., v. 44, n. 1, p. 1-9, jan-mar, 2013.

CIIAGRO. Centro Integrado de Informações Agrometeorológicas. Balanço Hídrico: Resenha

Agrometeorológica. 2015. Available online:

http://www.ciiagro.sp.gov.br/ciiagroonline/Quadros/QCh uvaPeriodo.asp. (Accessed on 10 november 2016).

CORÁ, J. E.; BERALDO, J. M. G. Variabilidade espacial de atributos do solo antes e após calagem e fosfatagem em doses variadas na cultura de cana-de-açúcar. Eng. Agríc., Jaboticabal, v.26, n.2, p.374-387, maio/ago. 2006.

CORRÊA, A. N.; TAVARES, M. H. F.; URIBE-OPAZO, M. A. Variabilidade espacial de atributos físicos do solo e seus efeitos sobre a produtividade do trigo. Ciências Agrárias, Londrina, v. 30, n. 1, p. 81-94, jan./mar. 2009.

KÖEPPEN, W. Climatología. México: Fondo de Cultura Económica, 1948. 478 p.

LOURENÇO, R. W. et al. Mapping soil pollution by spatial analysis and fuzzy classification. Environmental Earth Sciences, [s.l.], v. 60, n. 3, p.495-504, 6 jun. 2009.

LIER, Q. J.; LIBARDI, P. L. Variabilidade dos parâmetros da equação que relaciona a condutividade hidráulica com a umidade do solo no método do perfil instantâneo. R. Bras. Ci. Solo, 23:1005-1014, 1999.

MELLO, C. R. et al. Krigagem e Inverso do Quadrado da Distancia para Interpolação dos Parâmetros da Equação de Chuvas Intensas. Revista Brasileira de Ciências do Solo. v. 27, p. 925-933, 2003.

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IV Simpósio Brasileiro de Geomática – SBG2017

II Jornadas Lusófonas - Ciências e Tecnologias de Informação Geográfica - CTIG2017

J. C. Souza; E. R. N. Lopes; J. A. P. Sousa; N. G. Padovanni; J. L.; R. W. Lourenço. ISSN 1981-6251

NOVA, N. A. V.; BACCHI, O. O. S.; REICHARDT, K.

POTENCIAL DA ÁGUA NO SISTEMA SOLO -

PLANTA ESTIMADO ATRAVÉS DA FASE DE

VAPOR. Scientia Agricola, [s.l.], v. 53, n. 1, p.194-194,

jan. 1996.

PELLEGRINO, G. Q. et al. O uso de sistemas de

informações geográficas no mapeamento de informações

agrometeorológicas. In: ASSAD, E. D.; SANO, E. E.

Sistemas de Informações Geográficas - Aplicações na

agricultura. Brasília: Embrapa-SPI / Embrapa-CPAC,

1998.

SILVA, S. A. et al. Avaliação de interpoladores

estatísticos e determinísticos na estimativa de atributos do

solo em agricultura de precisão. Idesia, v. 26, n. 2, p. 75-

81, 2008.

SILVA, A. J. N.; CABEDA, M. S. V. Compactação e

compressibilidade do solo sob sistemas de manejo e

níveis de umidade. R. Bras. Ci. Solo, 30:921-930, 2006.

TEIXEIRA, R. F. B. Inferência do estado geral da

umidade de superfície do solo pelo Índice de Seca

Temperatura-vegetação e por imagens do satélite

NOAA-17: aplicações no Semiárido do Ceará. 2010.

120 f. Tese (Doutorado) – Curso de Engenharia Civil,

Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental,

Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010

VIOLA, M. R. et al. Métodos de interpolação espacial

para o mapeamento da precipitação pluvial. R. Bras.

Eng. Agríc. Ambiental, v.14, n.9, p. 970–978, 2010.