avaliaÇÃo espacial e sazonal da umidade do solo...
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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
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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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.
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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
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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).
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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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