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XIII JORNADA DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO – JEPEX 2013 – UFRPE: Recife, 09 a 13 de dezembro.
PERDA DE SOLO EM SULCOS PRÉ-FORMADOS NA BACIA
HIDROGRÁFICA DO RIACHO EXU-SEMIÁRIDO PERNAMBUCANO
João Victor Ramos de Alexandre1, Michelangelo de Oliveira Silva
2, Cícero Gomes dos Santos
3, José Ramon Barros
Cantalice4, Yuri Jacques Agra Bezerra Silva
5, Cinthia Maria Cordeiro Atanázio Cruz Silva
6
Introdução
A concentração do escoamento superficial promove a elevação da tensão de cisalhamento, que é considerado o
principal agente de desagregação e transporte dos sedimentos nos sulcos (Cantalice et al., 2005; Schäfer et al., 2001;
Meyer et al., 1975). Para que haja um aumento nas incisões do solo, em decorrência da atuação das forças promovidas
pelo escoamento concentrado, é preciso que a tensão de cisalhamento do fluxo supere a força coesiva do solo (Braida &
Cassol, 1996; Cantalice et al., 2005). A taxa de desagregação do solo representa um balanço entre as forças erosivas do
fluxo e a resistência do solo ao processo erosivo (Rauws & Govers, 1988). Nesse contexto o objetivo do presente
trabalho foi determinar a perda total de solo de acordo com a tensão de cisalhamento em sulcos pré-formados.
Material e métodos
A bacia hidrográfica do Riacho Exu na mesorregião Sertão do Alto Rio Pajeú, no município de Serra Talhada,
semiárido pernambucano. O acesso se dá pela rodovia federal BR-232 - km 428, pertencente ao limite municipal da
cidade de Serra Talhada, com coordenadas geográficas de 38º25’43” de longitude Oeste e 8º00’06” de latitude Sul. O
clima da região, de acordo com a classificação de Köppen enquadra-se no tipo Bwh, denominado semiárido, quente e
seco, com chuvas de verão-outono com pluviosidade média anual para o período de 1912 a 1991 de 647 mm ano-1
(SUDENE, 1990) e temperatura média anual superior a 30ºC. Instalou-se um experimento com 16 parcelas
experimentais onde foram submetidas a quatro níveis de vazão com quatro repetições. Os sulcos foram pré-formados
utilizando-se uma enxada com formato triangular na extremidade cortante e mantendo-se a inclinação natural do terreno.
Os 16 sulcos pré-formados foram divididos em 4 blocos com 4 sulcos cada bloco, e imediatamente submetidos aos
testes de erosão em sulcos com a aplicação dos quatro níveis de vazão de forma aleatória e duração de 20 minutos
(Cantalice et al., 2005). A água foi conduzida aos sulcos, por gravidade através de mangueira de polietileno calibrada,
proveniente de um reservatório de polietileno com capacidade de 1000 L, mantido sob carga constante, e abastecido
com a água de um reservatório de água de chuva próximo à área experimental. Na extremidade inferior dos sulcos foi
instalada uma calha coletora metálica para auxiliar na coleta das amostras de descargas liquida e sólida. As coletas de
descarga líquida e sólida foram realizadas em provetas em intervalos de tempo de três minutos, contados a partir da
aplicação da água até o final dos testes.
A taxa de desagregação de solo nos sulcos foi determinada a partir da massa de solo e da duração das coletas, os
valores foram colocados na formula descrita por Cantalice et al. (2005).
(1)
em que: Dr é taxa de desagregação do solo em sulcos (kg m-2
s-1
), Q é a descarga líquida (L s-1
), C é a concentração
(kg L-1
), L é o comprimento do sulco (5 m) e Pm é o perímetro molhado (m). Nos eventos de erosão em sulcos a adição
de vazões, promove carga de sedimentos maior que a capacidade de desagregação do escoamento em sulcos (Dc), para o
cálculo das taxas momentâneas de desagregação do escoamento, expressa por Elliot et al. (1989):
(2)
em que: Dc é a capacidade de desagregação do escoamento em sulcos (kg m-2
s-1
); Kr é a erodibilidade do solo em
1Aluno do Curso de Agronomia, Departamento de Agronomia, Departamento de Solos, Universidade Federal Rural de Pernambuco, Rua Dom Manoel de Medeiros s/n,
Recife, PE, CEP 52.171-900. E-mail: [email protected] 2Doutor em Agronomia, Departamento de Agronomia, Departamento de Solos, Universidade Federal Rural de Pernambuco, Rua Dom Manoel de Medeiros s/n, Recife, PE,
CEP 52.171-900. E-mail: [email protected] 3Doutorando do Programa de Pós Graduação de Ciência do Solo, Departamento de Solos, Universidade Federal Rural de Pernambuco, Rua Dom Manoel de Medeiros s/n,
Recife, PE, CEP 52.171-900. E-mail: [email protected] 4Professor do Programa de Pós-Graduação em Agronomia, Departamento de Solos, Universidade Federal Rural de Pernambuco, Rua Dom Manoel de Medeiros s/n, Recife,
PE, CEP 52.171-900. E-mail: [email protected] 5Doutorando do Programa de Pós Graduação de Ciência do Solo, Departamento de Solos, Universidade Federal Rural de Pernambuco, Rua Dom Manoel de Medeiros s/n,
Recife, PE, CEP 52.171-900. E-mail: [email protected] 6Aluna do Curso de Agronomia, Departamento de Solos, Universidade Federal Rural de Pernambuco, Rua Dom Manoel de Medeiros s/n, Recife, PE, CEP 52.171-900. E-
mail: [email protected]
XIII JORNADA DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO – JEPEX 2013 – UFRPE: Recife, 09 a 13 de dezembro.
sulcos (kg N-1
s-1
ou s m-1
), τc é a tensão crítica de cisalhamento do solo (N m-2
ou Pa), abaixo da tensão crítica de
cisalhamento não existe desagregação e τ é a tensão cisalhante do fluxo (N m-2
ou Pa); é expressa pela fórmula:
em que: é o peso específico da água (N m
-3), Rh é o raio hidráulico (m) e S representa a declividade do sulco (m m
-
1). A erodibilidade do solo em sulco foi estimada através da análise de regressão para o modelo linear entre os valores
médios de tensão de cisalhamento (τ) e da desagregação do solo (Dc) calculado para cada vazão aplicada, de acordo com
o modelo de predição WEPP descrito por Nearing (1995).
O cálculo das perdas totais de solo foi utilizado os dados da concentração instantânea de sedimentos do escoamento
superficial e da taxa de descarga líquida pela fórmula abaixo segundo Cantalice (2002):
(3)
em que PS representa a perda total de solo (kg m-2
), Qin é a taxa de descarga líquida (L min-1
), Cin expressa a
concentração de sedimentos (kg L-1
), t é o intervalo entre amostragem (min) e A é a representação da área do sulco (m2).
Os tratamentos utilizados no experimento de erosão em sulcos foram aplicações crescentes de níveis de fluxo
(15,645; 38,100; 58,950 e 81,900 L min-1
). O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizados com
quatro repetições. Os dados foram submetidos ao teste de Tukey (p<0,05) utilizando o programa estatístico SAS
Learning Edition 2.0, para a análise de regressão dos dados utilizou-se o programa computacional Curve Expert 1.3.
Resultados e Discussão
Na Tabela 1 estão apresentados os dados da tensão de cisalhamento e das taxas de desagregação do solo em sulcos
pré-formados em função das vazões aplicadas. As tensões de cisalhamento diferenciaram significativamente,
comparando a menor taxa da tensão de cisalhamento com as demais. Apenas a menor vazão de 15,65 L min-1
, com uma
tensão de cisalhamento de 9,307 Pa se diferenciou das demais. Resultados semelhantes foram observados para os
valores das taxas de desagregação, onde os fluxos aplicados de 38,10 e 81,00 L min-1
e taxas de desagregação (Dr) de
0,0046 e 0,0053 Kg m-2
s-1
, não apresentaram diferença estatística. Piscoya (2012) trabalhando no semiárido de
Pernambuco obteve valores da taxa de desagregação de 0,0028 e 0,0053 Pa para fluxos aplicados de 14,95 e 28,7 L min-
1. As taxas de desagregação do solo e a tensão de cisalhamento são variáveis utilizadas para estudar os fatores que
interferem na formação inicial do sulco de erosão em condições naturais. Os sulcos de erosão têm inicio quando a tensão
de cisalhamento consegue superar as resistências hidráulicas do solo, proporcionando a ocorrência da desagregação do
solo (Rauws & Govers, 1988). Na Tabela 4, estão apresentados os valores de perdas de solo (PS), para os sulcos pré-
formados em função das vazões aplicadas, onde as diferença significativa foram registradas a partir do segundo nível de
fluxo aplicado, com magnitude entre 50,903 e 58,815 t ha-1
. Estes valores estão muito superiores aos obtidos por
Bezerra (2007) e Piscoya (2012) ambos trabalhando na região do semiárido. Os solos da região semiárida apresentam
uma maior fragilidade do ambiente. A erodibilidade do solo (Kr) e a tensão crítica de cisalhamento do solo foram
determinadas através da análise de regressão, com base nas taxas de desagregação de solo nos sulcos com a tensão de
cisalhamento do escoamento oriundos dos fluxos aplicados (Fig. 1). Dentre as três classes de solos estudadas, o
Cambissolo apresentou o menor grau de evolução, portanto, a justificativa utilizada entre os Latossolo e Argissolo para
os valores de erodibilidade do solo.
A tensão critica de cisalhamento (τc) é definida como a relação –a/b ou intercepto em que x para y = 0. Com base
nesta afirmação, o valor da tensão crítica de cisalhamento determinado foi de 0,77 Pa. Segundo Bezerra (2007), a tensão
crítica de cisalhamento simboliza o valor da tensão de cisalhamento quando a taxa de desagregação nos solos sobre
sulcos é igual a zero. Para Latossolo em Pernambuco, Lafayette et al. (2011) determinou um valor de 4,37 Pa e para
Cambissolo no semiárido Pernambucano, Bezerra et al. (2011) e Piscoya (2012), determinaram valores de 1,185 e 2,34
Pa, respectivamente. A tensão crítica de cisalhamento para solos mais evoluídos pedologicamente, a exemplo do
Latossolo e Argissolo, apresentaram valores maiores em sua maioria, quando comparados com solo menos
intemperizados como os Cambissolos. Os valores de erodibilidade do solo (Kr) de 0,006 kg N-1
s-1
e tensão crítica de
cisalhamento ( c=0,77 Pa) do NEOSSOLO LITÓLICO refletem as características de textura média superficial e da
ausência de horizonte B, características de um solo jovem num ambiente de restrição hídrica que dificulta a evolução
dos solos. A perda total de solo em sulcos aumentou com a elevação das vazões aplicadas, proporcionando perdas muito
elevadas de solo, com valores de 58,815 t ha-1
, para a maior vazão aplicada.
XIII JORNADA DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO – JEPEX 2013 – UFRPE: Recife, 09 a 13 de dezembro.
REFERÊNCIAS
[1] BEZERRA, S.A.; CANTALICE, J.R.B.; CUNHA FILHO, M.; SOUZA, W.L.S. CARACTERÍSTICAS HIDRÁULICAS DA EROSÃO EM SULCOS EM
UM CAMBISSOLO DO SEMIÁRIDO DO BRASIL. R. BRAS. CI. SOLO, V.34, 2010, P.1325-1332.
[2] BRAIDA, J.A.; CASSOL, E.A. Erodibilidade em sulcos e em entressulcos de um Podzólico Vermelho-Escuro franco arenoso. R. Bras. Ci.
Solo, v.20, 1996, p.127-134.
[3] CANTALICE, J.R.B.; CASSOL, E.A.; REICHERT, J.M. & BORGES, A.L. de O. hidráulica do escoamento e transporte de sedimentos em
sulcos em solo franco-argilo-arenoso. R. Bras. Ci. Solo, 29:597-607, 2005.
[4] GIASSON, E. & CASSOL, E.A. Relações de erosão em sulcos com vazões aplicadas e doses de resíduos de trigo incorporados a um
Plintossolo franco-argilo arenoso. R. Bras. Ci. Solo, v.20, 1996, p.117-125.
[5] JULIEN, P. Y. Erosion and sedimentation. Milbourne: Cambridge Univ. Press, 1995. 280p.
[6] LAFAYETTE, K.P.V.; CANTALICE, J.R.B.; COUTINHO, R.Q. Resistência à erosão em ravinas, em Latossolo argiloarenoso. R. Bras. Ci.
Solo, v.35, 2011, p.2167-2174.
[7] MEYER, L.D.; FOSTER, G.R. & RÔMKENS, M.J.M. Source of soil eroded by water from upland slopes. In: Present and prospective
technology for predicting sediment yields and sources. Washington, USDA, 1975. p.177-189.
[8] NEARING, M.A. The mechanics of soil detachment by raindrops and runoff. Eurasian Soil Science, v, 30, n.5, p.552-556, 1997.
[9] PISCOYA, V.C. Manejo em bacia hidrográfica do riacho Jacu: Produção de sedimentos, dimensionamento de faixa de vegetação ciliar e
salinidade da água em barragem subterrânea. 2012, 140p. Tese – (Doutorado em Ciência do Solo) - Universidade Federal Rural de
Pernambuco. Recife.
[10] RAUWS, G.; GOVERS, G. Hydraulics and soil mechanical aspects of rill generation on agricultural soils. Journal of Soil Science, v.39,
1988, p.111-124.
[11] SIMONS, D. B.; SENTÜRK, F. Sediment transport technology. Fort Collins, Water Resources Publications, 807 p. 1992.
[12] SLATTERY, M.C.; BRYAN, R.B. Hydraulic conditions for rill incision under simulated rainfall: A laboratory experiment. Earth Surf.
Proc. Landf., v.17, 1992, p.127-146.
[13] SUDENE. Dados pluviométricos mensais do Nordeste. Estação de Pernambuco: Recife (série pluviométrica, 6). 1990. 363p.
Tabela 1.Taxas médias da tensão de cisalhamento média do escoamento (τ), taxa de desagregação do solo (Dr) e perda
de solo em sulco (PS), em função das vazões aplicadas
Vazão τ Dr PS
L min-1 Pa Kg m-2s-1 t ha-1
15,65 9,307 B 0,0020 B 24,540 B
38,10 11,979 A 0,0046 A 55,701 A
58,95 13,137 A 0,0042 A 50,903 A
81,90 14,391 A 0,0053 A 58,815 A
Médias seguidas da mesma letra na mesma coluna não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey a 5%.
Figura 1. Erodibilidade do solo (Kr) em sulcos e tensão de cisalhamento (τ), obtidas a partir da regressão das taxas de desagregação
do solo (Dr) com as respectivas tensões de cisalhamento do escoamento superficial gerados pelos fluxos crescentes aplicados.