II Simpósio de Geoestatística em Ciências Agrárias ISSN: 2236-2118 1

Variabilidade espacial da perda de solo e risco de erosão em um Latossolo

Vermelho

Daniela Popim Miqueloni1, Eduardo Mônaco Gianello2 e Célia Regina Paes Bueno3

1

Eng. Florestal, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias FCAV-UNESP/Departamento de Solos e

Adubos, Via Prof. Paulo Donato Castellane s/n - 14884-900, Jaboticabal - SP , danimique@yahoo.com.br 2

Graduando Eng. Agronômica, FCAV-UNESP/Departamento de Solos e Adubos, Via Prof. Paulo Donato Castellane s/n - 14884-900, Jaboticabal - SP, emg_carnero@hotmail.com 3 Geóloga, FCAV-UNESP/Departamento de Solos e Adubos, Via Prof. Paulo Donato Castellane s/n - 14884-

900, Jaboticabal - SP, crbueno@fcav.unesp.br

Resumo – O processo erosivo traz sérios prejuízos à produtividade e ao meio ambiente, reduzindo a qualidade dos recursos naturais e perdendo a camada fértil do solo. O objetivo deste estudo foi caracterizar a variabilidade espacial da perda de solo (A), do potencial natural de erosão (PNE) e do risco de erosão (RE) em uma área de Latossolo Vermelho. A classificação mostra que A está entre moderado e alto em mais de 90% da área, o PNE possui valores de baixo a muito baixo para 91% da área e o RE é moderado em mais de 88% da área. A variabilidade pelo coeficiente de variação foi moderada para todas as variáveis, com alcances semelhantes, variando de 564 a 573 m e índice de dependência espacial alto para as três variáveis. Devido à topografia plana e o mesmo tipo de solo, a distribuição das variáveis seguiu o mesmo padrão, indicando a atuação dos fatores antrópicos na perda de solo na parte central da área. Já nas pedoformas convexas em áreas específicas do terreno os fatores naturais mostraram maior atuação no processo erosivo.

Palavras-chave: potencial natural de erosão; fatores da perda de solo; geoestatística.

Spatial variability of soil loss and erosion risk in a Oxisol

Abstract - The erosive processes causes serious harm to productivity and environment, reducing the quality of natural resources and losing the fertile layer of the soil. The aim of this study was to characterize the spatial variability of soil loss (A) of the natural erosion potential (NEP) and the erosion risk (ER) in an Oxisol area. The classification shows that A is between moderate and high in 90% of the area, the PNE has values from low to very low for 91% of the area and the ER is moderate in more than 88% of the area. The variability measured by the coefficient of variation was moderate for all variables, with similar ranges from 564 to 573 m and high index of spatial dependence for all three variables. Due a plane topography and a same soil type, the distribution of variables followed the same pattern, indicating the role of anthropogenic factors in soil loss in the central portion of the area. In the convex landforms in specific areas of the terrain, the natural factors showed more activity in the erosion process.

Key words: natural erosion potential; soil loss factors; geostatistic.

Introdução

Devido às características edafoclimáticas, o Brasil ocupa uma posição de destaque no cenário agrícola mundial. No entanto, o aumento da produtividade aliada ao uso intensivo do solo acentua o desequilíbrio ambiental que, por meio de fatores como a utilização indiscriminada de insumos químicos e a mecanização sem dimensionamento adequado, contribuem para a crescente redução dos teores de matéria orgânica e fertilidade do solo, perda de biodiversidade, contaminações e perda de solo por processos erosivos, principalmente pela água (SANTOS-BREFIN, 2009).

O processo de erosão hídrica se baseia na desagregação, transporte e deposição das partículas do solo. Fortemente influenciado pela agregação, o impacto da gota de chuva pode ocasionar com o desprendimento de partículas o selamento superficial dos primeiros centímetros do solo, a redução da infiltração da água e o incremento do escoamento superficial (BERTONI; LOMBARDI NETO, 2008). O transporte é decorrente do escoamento superficial, ocasionado pela água não infiltrada no solo gerando o

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processo erosivo. A deposição das partículas é o processo final e consiste no acúmulo de sedimentos nos canais de escoamento levando ao assoreamento dos cursos de água (LAGROTTI, 2000).

Sobre o processo erosivo, a Equação Universal da Perda de solo (EUPS) (WISCHMEIER; SMITH, 1978) se consegarou como uma ferramenta de grande aplicabilidade que traz diversas informações relacionadas à precipitação local, ao fator quantitativo de erodibilidade do solo, ao método de cultivo e avaliação dos sistemas de manejo em relação às condições climáticas locais e contabilização para efeitos de interações entre sistema de cultivo, nível de produtividade, práticas de manejo e gestão de resíduos, o que oferece uma melhor concepção na avaliação e apoio às práticas de controle a erosão.

A complementação da análise do processo erosivo é possivel por meio da análise espacial, que se baseia na teoria das variaveis regionalizadas e quantifica a continuidade espacial em modelos de interpolação. Estes modelos definem a dependência das variáveis por meio de sua variabilidade estrutural, quantificando também a incerteza ligada a ela e reduzindo o número de amostragem, gerando mapas de informações que auxiliam no planejamento e tomada de decisão (VIEIRA, 2000), integrando o conhecimento gerado por cada ferramenta e aumentando sua aplicabilidade.

O objetivo deste trabalho foi caracterizar a variabilidade espacial da perda de solo, do potencial natural de erosão e do risco de erosão em uma área de Latossolo Vermelho por meio da análise geoestatística, de forma a fornecer subsídios para a descrição dos padrões de erosão local.

Material e Métodos A área de estudo situa-se na região de Colômbia-SP com as coordenadas 20°18”52,0’S e 48°43”50,7’W

e 20°20”02,7’S e 48°42”44,2’W (datum: WGS 84) (Figura 1). Com cerca de 130 ha e declividade máxima de 4,5%, possui clima Aw, tropical com estação seca de inverno, altitude média de 540 m, e predomínio de Latossolos Vermelhos de textura média. O uso e ocupação da área se restringem ao cultivo de citrus e cana-de-açúcar.

Figura 1. Localização da área (município de Colômbia-SP) e a malha amostral. Com o intuito de determinar a erodibilidade do solo, a amostragem georreferenciada foi feita a partir de

uma malha regular de 100 m de 0,00-0,20 m de profundidade totalizando 129 pontos, com análise laboratorial para determinação da granulometria (DAY, 1965) e matéria orgânica (CANTARELLA et al., 2001).

A quantificação da perda de solo (A), dada em Mg ha-1

ano-1

, foi realizada pelo cálculo da Equação Universal de Perda de Solo (EUPS) segundo equação (1) proposta por Wischmeier & Smith (1978):

A = R K L S C P (1)

Sendo: R = fator erosividade da chuva em Mj mm ha

-1 h

-1, obtido pelo programa NetErosividade (MOREIRA

et al., 2006); K = fator erodibilidade do solo em Mg h Mj

-1 mm

-1, de acordo com modelo de Denardin, (1990);

LS = fator topográfico (adimensional), segundo modelo de Bertoni e Lombardi Neto (2008); C = fator uso e manejo (adimensional) atribuído segundo Bertoni e Lombardi Neto (2008); P = fator práticas conservacionistas (adimensional) calculado de acordo Lagrotti (2000).

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O cálculo do Potencial Natural de Erosão (PNE) leva em conta apenas a multiplicação dos fatores naturais de erosão (fatores R, K e LS) e o risco de erosão (RE) foi obtido pela razão entre a perda de solo calculada pela perda tolerável para Latossolos do Estado de São Paulo de 12 Mg ha

-1ano

-1 (BERTONI;

LOMBARDI NETO, 2008). A classificação adotada para a perda de solo (A), potencial natural de erosão (PNE) e risco de erosão

(RE) foi a proposta por Lagrotti (2000): A = muito baixa (<10); baixa (10-20); moderada (20-50); alta (50-100) e muito alta (>100). PNE = muito baixo (<250); baixo (250-500); moderado (500-750); alto (750-1000) e muito alto (>1000). RE = muito baixo (<1); baixo (1-2); moderado (2-5); alto (5-10) e muito alto (>10).

A estatística descritiva das variáveis foi calculada no programa Minitab 14. Com teste de normalidade de Kolmogorov-Smirnov e classificação dos coeficientes de variação de acordo com Warrick e Nielsen (1980). Para a análise da variabilidade espacial utilizou-se o software GS

+ 7.0. Com base na pressuposição de

estacionariedade da hipótese intrínseca (VIEIRA, 2000), foi feito o ajuste de semivariogramas, relacionando acima de 50 pares por classe de distância, e a geração dos mapas por krigagem ordinária, considerando uma vizinhança de 16 pontos. O ajuste e seleção dos modelos dos semivariogramas foi realizado com base na menor soma de quadrados do resíduo, maior coeficiente de determinação e melhor desempenho da validação cruzada. Os mapas de isolinhas foram delineados no Surfer 8.0, assim como a determinação das áreas para as classes de perda de solo (A), potencial natural de erosão (PNE) e risco de erosão (RE).

Resultados e Discussão A estatística descritiva das variáveis pode ser observada na Tabela 1. Valores médios de PNE foram

semelhantes aos encontrados por Mello et al. (2006) que, no entanto, observaram valores menores para A e RE em Latossolos da região de Jaboticabal-SP, assim como Silva et al. (2005). Já Silva (2008) observou maior valor de PNE para a região de Sorocaba-SP. De acordo com a classificação do coeficiente de variação (CV) proposta por Warrick e Nielsen (1980), as variáveis apresentaram CV médio (entre 12,1% e 60%). Sanchez et al. (2009) observaram maiores CV para A e RE e menor para PNE, refletindo a maior homogeneidade nesta área. Todas as variáveis apresentaram comportamento normal, que, mesmo não sendo exigência para análise de variabilidade espacial, deve ser considerada, uma vez que a presença de caudas alongadas pode interferir a análise (LANDIM, 1998).

Tabela 1. Estatística descritiva de perda de solo e dos fatores

Variável Média Mediana Desv Pad Coef Var Coef Ass Curt KS

PNE1 321,12 318,94 164,5 50,23 0,006 -0,89 0,060*

A1 55,26 55,04 28,04 50,74 0,025 -0,90 0.058*

RE2 4,60 4,59 2,34 50,74 0,026 -0,90 0,058*

Desv Pad = desvio padrão; Coef Var = coeficiente de variação; Coef Ass = coeficiente de assimetria; Curt = curtose; KS = teste de normalidade de Kolmogorov-Smirnov; * normal a 5% pelo teste KS. 1; expresso em Mg.ha

-1.ano

-1; 2 .

adimensional.

A Tabela 2 mostra que a perda de solo está entre moderada e alta em mais de 90% da área. Para o PNE

a situaçao é menos crítica, mostrando que 91% da área possui valores de baixo a muito baixo. Já para o RE é moderado em mais de 88% da área. Estes resultados indicam que os fatores antrópicos estão condicionando a perda de solo, isto é, tratos culturais e ocupação do solo (BUENO; STEIN, 2004).

Tabela 2. Classificação da perda de solo (A), potencial natural de erosão (PNE) e risco de erosão (RE) em

hectare (ha) e porcentagem de área (%).

A A (ha) A (%) PNE PNE (ha) PNE (%) RE RE (ha) RE (%)

Muito baixa <10 2.52 1.9 <250 42.34 32.4 <1 3.86 2.96

Baixa 10-20 8.75 6.7 250-500 77.32 59.2 1-2 11.15 8.54

Moderada 20-50 42.14 32.3 500-750 10.87 8.3 2-5 115.52 88.50

Alta 50-100 75.69 58.0 750-1000 0.00 0.0 5-10 0.00 0.00

Muito alta >100 1.43 1.1 >1000 0.00 0.0 >10 0.00 0.00

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Os semivariogramas isotrópicos ajustados para as variáveis, bem como seus parâmetros estão na Tabela 3 e Figura 2. Todas as variáveis foram ajustadas pelo modelo gaussiano, indicando pequenas variabilidades a curtas distâncias (LANDIM, 2006), com alcances semelhantes, variando de 564 a 573 m. Já para Mello et al. (2006) os alcances de A e RE foram semelhantes, porém ajustados pelo modelo exponencial. O coeficiente de determinação para os três modelos foi alto (acima de 97%) e o índice de dependência espacial, segundo Zimback (2001), também foi alto (acima de 84%). Segundo Vieira (2000), quanto maior a diferença do efeito pepita em relação ao patamar, maior é a confiança na estimativa.

O índice de dependência espacial foi igual para as três variaveis, o que pode índicar uma depedência espacial semelhante dos fatores naturais de perda de solo em relação à associação com os fatores antópicos.

Tabela 3. Modelos e parâmetros dos semivariogramas ajustados para o potencial natural de erosão (PNE),

perda de solo (A) e risco de erosão (RE)

Variável Modelo C0 C0+C a C/(C0+C) R2 SQR

PNE Gaussiano 3560 24610 564,64 0,855 0,997 1031736

A Gaussiano 104 690,4 568,11 0,849 0,999 377

RE Gaussiano 0,75 4,802 573,31 0,844 0,999 0,0167

C0 = Efeito Pepita; C0+C = patamar; a = alcance; C/(C0+C) = Índice de dependência espacial (IDE); R2 = coeficiente de

determinação; SQR = Soma dos quadrados dos resíduos.

Figura 2. Semivariogramas ajustados para o potencial natural de erosão (PNE), perda de solo (A) e risco de erosão (RE).

Os mapas de isolinhas do PNE, A e RE podem ser observados na Figura 3. O padrão de distribuição da

perda de solo é semelhante para as três variáveis, uma vez que pequenas alterações devido aos fatores antrópicos marcam as diferenças entre A e PNE. Outra característica que marca a similaridade é a topografia plana, com diferenças maiores de cota apenas nas áreas superior e inferior do terreno, próxima a área de preservaçao permanente. A área é composta ainda pelo mesmo tipo de solo, mantendo o mesmo padrão da erodibilidade.

Para as três variáveis os pontos de maior intensidade de A, PNE e RE estão na parte superior direita do terreno (nas maiores cotas e inclinação), ocupada com laranja. Outra mancha de maior intensidade se encontra no canto inferior esquerdo da área. Estas áreas mostram a atuação do vetor de escoamento superficial da água que marca uma pedoforma ligeiramente convexa, onde ocorre elevada perda de solo. Tal pedoforma contribui na exposiçao do solo e, em associação com os fatores atrópicos (manejo e cultura), aumenta o risco do processo erosivo.

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Figura 3. Mapas de isolinhas do potencial natural de erosão (PNE), perda de solo (A) e risco de erosão (RE) e vetor de escoamento superficial da água.

Conclusão O grau de dependência espacial das variáveis foi alto, o que permitiu seu mapeamento pelas técnicas

geoestatísticas. O risco de erosão foi maior nas áreas convexas e o padrão de distribuição das variáveis de perda de solo foi semelhante, porém indicando que os fatores antrópicos contribuem em maior escala com o processo erosivo.

Referências

BERTONI, J.; LOMBARDI NETO, F. Conservação do solo. 6. ed. São Paulo: Ícone. 2008. 355p. BUENO, C. R. P.; STEIN, D. P. Potencial natural e antrópico de erosão na região de Brotas, Estado de São Paulo. Acta Scientiarum, n. 26, v. 1, p. 01-05, 2004. CANTARELLA, H.; QUAGGIO, J. A.; RAIJ, B. Determinação da matéria orgânica. In: van RAIJ, B.; ANDRADE, C. de; CANTARELLA, H.; QUAGGIO, J. A., ed. Análise química para avaliação da fertilidade de Solos Tropicais. Campinas: IAC, 2001. p. 173-180. DAY, P. R . Particle fractionation and particle-size analysis. In: BLACK, C. A., ed. Methods of soil analysis. Madison: American Society of Agronomy, 1965. p. 545-566. DENARDIN, J. E. Erodibilidade do solo estimada por meio de parâmetros físicos e químicos. 1990. 114f. Tese (Doutorado em Agronomia – Solos e Nutrição Plantas) – Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, Piracicaba. 1990. LAGROTTI, C. A. A. Planejamento agroambiental do município de Santo Antônio do Jardim – SP: estudo de caso na microbacia hidrográfica do córrego do Jardim. 2000. 115f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola.) – Faculdade de Engenharia Agrícola, Universidade de Campinas, Campinas. 2000. LANDIM, P.M.B. Análise estatística de dados geológicos. São Paulo: Ed. UNESP. 1998. 226 p. LANDIM, P. M. B. Sobre Geoestatística e mapas. Terræ Didatica, v. 2, n. 1, p. 19-33, 2006.

0.0

2.0

4.0

6.0

7.0

9.0

RE

0

80

160

240

320

400

480

560

PNE

0

15

35

55

75

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105

A

737000

737200

737400

737600

737800

738000

738200

738400

738600

738800

775000077504007750800775120077516007752000

Escoamento superficial da água

N

N

N N

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MELLO, G. de; BUENO, C. R. P.; PEREIRA, G. T. Variabilidade espacial de perdas de solo, do potencial natural e risco de erosão em áreas intensamente cultivadas. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, local, v. 10, n. 2, p. 315-322, 2006. MOREIRA, M. C.; CECÍLIO, R. A.; PINTO, F. de A. C.; LOMBARDI NETO, F.; PRUSKI, F. F. Programa computacional para estimativa da erosividade da chuva no Estado de São Paulo utilizando redes neurais artificiais. Engenharia na Agricultura, local, v. 14, n. 2, p. 88-92, 2006. SANTOS-BREFIN, M. de L. M. Plano de gestão estratégica para a Embrapa Solos, período de 2009 a 2012: do contexto global ao cumprimento da missão e visão da Embrapa Solos – desafios. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2009. (Embrapa Solos. Documentos, 111). SILVA, A. M. da; RANZINI, M.; GUANDIQUE, M. E. G.; ARCOVA, F. C. S.; CICCO, V. de. Estudo integrado do processo erosivo numa microbacia experimental localizada no município de Cunha-SP. Geociências, local, n. 24, v. 1, p. 43-53, 2005. SILVA, A. M. da; MELLO, C. R. de; CURI, N.; OLIVEIRA, P. M. de. Simulação da variabilidade espacial da erosão hídrica em uma sub-bacia hidrográfica de Latossolos no sul de Minas Gerais. Revista Brasileira de Ciência do Solo, local, n. 32, p. 2125-2134, 2008. VIEIRA, S. R. Geoestatistica em estudos de variabilidade espacial do solo. In: Novais, R. F.; Alvarez, V. H.; Schaefer, C. E. G. R., (eds.). Tópicos em ciência do solo. Viçosa: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, v. 1, pp. 1-54, 2000. WARRICK, A. W.; NIELSEN, D. R. Spatial variability of physical properties in the field. In: HILLEL, D. (ed.), Applications of soil physics. Academic Press, New York. 1980. p.319-344. WISCHMEIER, W. H.; SMITH, D. D. Predicting rainfall erosion losses: a guide to conservation planning. Washington: Department of Agriculture (Agriculture Handbook, 537), 1978. 58 p. ZIMBACK, C. R. L. Análise espacial de atributos químicos de solos para fins de mapeamento da fertilidade do solo. 2001. 114 f. Tese (Livre-Docência) – Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu. 2001.