QUALIDADE DE SOLOS SOB DIFERENTES USOS E SEU POTENCIAL EM DISPONIBILIZAR POLUENTES PARA UM RESERVATÓRIO LOCALIZADO EM
REGIÃO SEMIÁRIDA RESUMO
Em regiões semiáridas os solos se caracterizam por sua baixa profundidade e grande susceptibilidade à erosão, podendo se constituir em potenciais fontes difusas de poluentes para mananciais de abastecimento a partir dos escoamentos advindos de solos sob uso intensivo de atividades antrópicas não-sustentáveis no entorno desses ecossistemas. A zona ripária do reservatório Dourado, localizado na região semiárida do estado do Rio Grande do Norte, é constituída por diversos tipos de uso do solo que podem disponibilizar diferentes tipos de poluentes para o reservatório e contribuir para a degradação da água desse importante manancial de abastecimento. Este trabalho tem como objetivo avaliar física e quimicamente a qualidade de solos sob diferentes tipos de uso na zona ripária do reservatório Dourado e determinar o potencial de cada tipo de uso do solo atuar como fonte difusa de poluentes para o reservatório. Na zona ripária do reservatório foram estudadas seis áreas diferenciadas pelo uso do solo, sendo duas áreas sob mata nativa (MT1 e MT2); duas áreas plantadas com capim-elefante (CP1 e CP2); uma área sob influência da pecuária (PEC) e uma área de horta (HOR). Para cada ponto amostral dos seis diferentes tipos de uso do solo foram coletadas amostras deformadas e indeformadas de solo no mês de julho de 2011, nas profundidades de 0-20 cm e 20-40 cm. Os atributos físicos e químicos analisados foram: granulometria, densidade do solo, densidade de partículas, porosidade total, pH em água, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, P disponível, Matéria orgânica, SB, CTC, V e PST. Análises estatísticas de ANOVA e teste de Tukey (P<0,05) foram realizadas para comparação das médias dos diferentes tratamentos dos atributos químicos. Foi realizada uma Análise de Componentes Principais (ACP) com dados de atributos químicos do solo para determinar a influência dos diferentes usos do solo na modificação da condição natural do solo e a potencialidade de cada tipo de uso em disponibilizar poluentes para o reservatório. As perdas de solo por erosão em cada tipo de uso do solo foram determinadas a partir da equação universal de perdas de solo, descrita por Wischmeier e Smith (1978), enquanto que as perdas de fósforo foram determinadas com base nas perdas de solo e na concentração de P disponível no solo em cada tipo de uso. Os resultados mostraram que o uso do solo da zona ripária do reservatório Dourado para cultivo agrícola (CP1 e CP2), horticultura (HOR) e pecuária (PEC) causaram alterações nos atributos físicos e químicos do solo que sugerem redução de sua qualidade ambiental e consequentemente aumento de seu potencial em comprometer a qualidade da água do reservatório. Na zona ripária do reservatório Dourado as áreas de pecuária se caracterizaram como as principais fontes difusas de nutrientes para o reservatório, influenciadas pelo enriquecimento do solo com fósforo derivado da decomposição dos excretas animais, e pela alta densidade do solo, devido ao pisoteio, concorrendo para elevadas perdas de solo e de fósforo devido à erosão hídrica durante o período chuvoso. São necessárias práticas de manejo conservacionistas do solo para a manutenção de um adequado equilíbrio ecológico da zona ripária do reservatório
Dourado permitindo o controle e mitigação do processo de degradação da qualidade da água desse importante manancial de abastecimento por fontes difusas de poluição.
ABSTRACT
Soils of semiarid zones are characterized by low depth and high susceptibility to erosion, and it may constitute a potential source of diffuse pollutants of water supply reservoirs from runoff arising from soils under non-sustainable human activities around these ecosystems. The riparian zone of the Dourado reservoir, located in semiarid region of Rio Grande do Norte state, consists of several types of land use that can provide different types of pollutants into the reservoir and contribute to the degradation of this important source of water supply. This study aims to evaluate physical and chemical quality of soils under different land use in the riparian zone of the Dourado reservoir and determine the potential of each type of land use to act as a non-point source of pollutants to the reservoir. In the riparian zone of the reservoir were studied two areas of native forest (MT1 and MT2), two areas planted with grass (CP1 and CP2), an area under the influence of livestock (PEC) and an area of garden (HOR). For each sample point of the six different types of land use were sampled disturbed and undisturbed soil in July 2011, at dephts 0-20 cm and 20-40 cm. The physical and chemical attributes analyzed were: particle size, soil density, particle density, porosity, pH, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, available P, organic matter, sum of
bases, CEC, BS and ESP. Statistical analysis ANOVA and Tukey test (P <0.05) were performed to compare means of different treatments of the chemical attributes. We performed a Principal Component Analysis (PCA) with data of soil chemical properties to determine the influence of different land uses in the modification of the natural condition of the soil and the potential of each land use providing pollutants into the reservoir. The loss of soil erosion in each land use was determined from the equation universal of soil losses described by Wischmeier and Smith (1978), while the loss of phosphorus was determined with basis of loss of soil and available soil P concentration in each land use. The results showed that the land use of the riparian zone of the Dourado reservoir for agricultural cultivation (CP1 and CP2), horticulture (HOR) and livestock (PEC) have caused changes in the physical and chemical soil properties that suggest a reduction of its environmental quality and consequently increase their potential to degrade the water quality of reservoir. In the riparian zone of the Dourado reservoir, areas of livestock were characterized as the main diffuse sources of nutrients to the reservoir, influenced by soil enrichment with phosphorus derived from the decomposition of animal excreta, and the high density of the soil due to trampling, contributing to high losses of soil and phosphorus due to water erosion during the rainy season. Management practices suitable of soil are necessary for maintaining of an adequate ecological balance in riparian zone of the Dourado reservoir allowing the control and mitigation of the water quality degradation of this important source of water supply for non-point sources of pollution.
INTRODUÇÃO
O uso sustentável dos recursos naturais, especialmente do solo e da água, tem-se constituído em tema de crescente relevância, em razão do aumento das atividades antrópicas que tendem a impactar esses recursos e torná-los escassos.
O aumento demográfico aliado ao consumo insustentável registrado nas últimas décadas resultou na intensificação das práticas agrícolas e na necessidade de obtenção de elevadas produtividades, aumentando a exploração indiscriminada do solo e a degradação de novas áreas, antes protegidas, nos ecossistemas naturais. Sistemas inadequados de preparo do solo e uso excessivo de agroquímicos são fatores que aceleram a degradação do solo, diminuindo o seu potencial produtivo e ocasionando a contaminação de outros recursos naturais como os ecossistemas aquáticos.
Nos últimos anos, a preocupação com a qualidade do solo tem crescido, na medida em que seu uso e mobilização intensiva ocasiona a diminuição de sua capacidade em manter suas funções ecológicas. De acordo com Doran e Parkin (1994), a qualidade do solo é conceituada como a capacidade desse recurso exercer várias funções, dentro dos limites do uso da terra e do ecossistema, para sustentar a produtividade biológica, manter ou melhorar a qualidade ambiental e contribuir para a saúde das plantas, dos animais e humana.
A avaliação da qualidade do solo pode ser realizada pela análise de seus atributos ou características físicas, químicas e biológicas em áreas que vão desde pequenas propriedades até níveis mais abrangentes, como microbacia hidrográfica, municípios e outros (Santana e Bahia Filho, 1998). O monitoramento desses atributos tem se mostrado fundamental para que se possa empregar um manejo adequado e contornar possíveis processos de degradação ambiental, principalmente, em regiões semiáridas, na qual se verifica diversidade marcante no uso e na ocupação do solo, com o desenvolvimento de atividades com potencial impacto ambiental sobre os recursos naturais, além de fatores naturais peculiares à região, como a presença de solos rasos e susceptíveis à erosão, que tendem a acelerar o processo de degradação do solo (Oyama e Nobre, 2004).
Na literatura é possível encontrar grande volume de estudos sobre a avaliação da qualidade do solo, envolvendo variados cenários ambientais e de
manejo (Islam e Weil, 2000; Dexter, 2004; Amado et al., 2007; Gatiboni et al., 2007), porém, não são muitos os que abordam a degradação dos solos em regiões semiáridas. Nessas regiões, o processo de degradação da qualidade ambiental dos solos pode contribuir para outro grave problema ligado à poluição difusa de mananciais de abastecimento pelo transporte de poluentes, através dos escoamentos advindos de atividades antrópicas que utilizam os solos no entorno desses ecossistemas.
Dentre os poluentes que alcançam os ecossistemas aquáticos através dos escoamentos superficiais durante as enxurradas, destaca-se o nutriente fósforo nas suas formas orgânicas e inorgânicas. O principal impacto do enriquecimento dos corpos d’água com fósforo é o aumento do processo de eutrofização desses ambientes, levando à proliferação excessiva de produtores primários como as cianobactérias, as quais produzem substâncias tóxicas que deterioram a qualidade da água, afetam a saúde da população consumidora e aumentam os custos com tratamento de água (Naselli-Flores et al., 2007).
Nesse contexto, avaliações da qualidade de solos em zonas semiáridas, bem como de sua potencialidade em disponibilizar poluentes para ecossistemas aquáticos, são de fundamental importância para o monitoramento adequado na bacia hidrográfica, visando prevenir e controlar a degradação ambiental através de programas de recuperação e manejo adequado dessas áreas.
Este trabalho tem como objetivo avaliar a qualidade ambiental de solos sob diferentes usos na zona ripária do reservatório Dourado, localizado na região semiárida do estado do Rio Grande do Norte, e determinar o potencial de cada tipo de uso do solo atuar como fonte difusa de poluentes para o reservatório.
MATERIAL E MÉTODOS Área de estudo
O reservatório Dourado (06°14’48” S; 36°30’30” W) e stá situado no município de Currais Novos na região semiárida do Rio Grande do Norte. Da zona ripária desse reservatório foram estudadas seis áreas diferenciadas pelo uso do solo, sendo duas áreas sob mata nativa (MT1 e MT2), selecionadas como áreas de referência para a qualidade natural do solo, por se admitir ausência ou baixa
interferência antrópica; duas áreas sob cultivo agrícola de capim-elefante (CP1 e CP2); uma área sob influência da pecuária (PEC) e uma área de horta (HOR), plantada com hortaliças e vegetais (Fig. 17).
A região possui um clima descrito pela classificação de Köppen (1928) como do tipo BSw’h’ (Estepe), caracterizado por um regime de escassez e desigual distribuição de chuvas, com média pluviométrica de 470 mm/ano e período chuvoso compreendido entre os meses de fevereiro e junho. A insolação média da região é de 3000 horas de luz solar por ano, aliada a temperaturas médias sempre superiores a 22° C e umidade relativa média anual próxima dos 64 % (IDEMA, 2012).
A formação vegetal da área é composta pela caatinga hiperxerófila, com abundância de cactáceas e plantas de porte baixo e espalhadas, além da caatinga subdesértica do Seridó, comarbustos e árvores baixas, ralas e de xerofitismo mais acentuado. As principais espécies presentes nesse tipo de vegetação são: pereiro, faveleiro, facheiro, macambira, mandacaru, xique-xique e jurema-preta (IDEMA, 2012).
Os solos predominantes na região são os neossolos litólicos, que possuem elevada fertilidade natural, textura arenosa, de relevo plano a levemente ondulado, com baixa profundidade e susceptíveis à erosão natural (IDEMA, 2012). Essa classe de solo possui contato lítico dentro de 50 cm e estão normalmente associados aos afloramentos de rochas, com sequência de horizontes A-C-R, A-R, estando ausente o horizonte B diagnóstico, conforme definido pelo Sistema Brasileiro de Classificação dos solos (EMBRAPA, 2006). As características morfológicas se restringem praticamente às do horizonte A, o qual varia em média de 15 a 40 cm de espessura, sendo que a cor, textura, estrutura e consistência, dependem do tipo de material que deu origem ao solo (Silva e Silva, 1997).
O relevo da região é composto pela depressão sertaneja, terrenos baixos situados entre as partes altas do Planalto da Borborema e da Chapada do Apodi, possuindo elevações em torno de 300 a 400 metros de altitude na região de Currais Novos. Os terrenos que compõem a bacia hidrográfica do reservatório Dourado são predominantemente de formação cristalina pré-cambriana, com pouca ou nenhuma formação de aquíferos (IDEMA, 2012).
Figura 17: Mapa de localização de seis ambientes sob diferentes usos do solo na zona ripária do reservatório Dourado, Currais Novos/RN. (Fonte: Projeto MEVEMUC).
Amostragem e atributos físicos e químicos analisados
Para cada ponto amostral dos seis diferentes tipos de uso do solo, foram coletadas 3 amostras compostas deformadas, formadas por 10 amostras simples cada, coletadas no mês de julho de 2011, nas profundidades de 0-20 cm e 20-40 cm (EMBRAPA, 1999). Após a coleta, as amostras deformadas foram acondicionadas em sacos plásticos devidamente etiquetados, lacrados e armazenados em temperatura ambiente até a chegada ao laboratório. Posteriormente, as amostras
foram secas ao ar, homogeneizadas e passadas em peneira de 2 mm de abertura de malha para obtenção da terra fina seca ao ar (TFSA), na qual procederam-se às análises químicas e físicas do solo (EMBRAPA, 1999).
As amostras indeformadas de solo foram coletadas na camada de profundidade 0-20 cm com amostrador tipo Uhland, utilizando-se anéis de 6,9 cm de diâmetro por 2,2 cm de altura, num total de três amostras por ponto amostral (EMBRAPA, 1999). A amostragem da camada de 20-40 cm de solo não foi realizada em decorrência do caráter pedregoso do solo, inviabilizando o uso do amostrador tipo Uhland.
Os atributos físicos analisados foram: granulometria, pelo método da pipeta e Diagrama Triangular simplificado; densidade do solo, pelo método do anel volumétrico; e densidade de partícula pelo método do balão volumétrico (EMBRAPA, 1997). A porosidade total do solo (Pt) foi estimada pela equação: Pt = 1 - (densidade do solo/densidade de partículas do solo) (EMBRAPA, 1997).
Os atributos químicos analisados foram: pH em água (1:2,5); K+ e Na+ trocáveis por fotometria de emissão de chama, após extração com extrator Mehlich- 1; Ca2+ e Mg2+ trocáveis por titulação com emprego de EDTA, após extração com
KCl 1 mol.l-1; H+ + Al3+ por titulação, após extração com solução de acetato de cálcio
0,5 mol.l-1; fósforo disponível por colorimetria, após extração com extrator Mehlich-1 (EMBRAPA, 1999). O carbono orgânico foi determinado pelo método de Walkley- Black modificado (Silva et al., 1999). A matéria orgânica foi estimada pelo produto do valor do carbono orgânico por 1,724 (EMBRAPA, 1999).
A partir dos resultados obtidos do complexo sortivo, foram calculados os valores da soma de bases (SB) pela soma de todas as bases trocáveis no complexo sortivo, com exceção do H+ + Al3+, capacidade de troca de cátions potencial (CTC)
estimada pela soma dos teores de Ca2+, Mg2+, K+, Na+, uma vez que não foram detectados teores de H+ + Al3+ em nenhum ambiente; a saturação por bases (V) foi obtida pela equação 6, e a saturação por sódio (PST) foi calculada pela equação 7 (EMBRAPA, 1999):
V = (SB / CTC) x 100 % (equação 6) PST = Na+ / CTC x 100 % (equação 7)
Análises estatísticas
A análise estatística dos dados de atributos químicos do solo foi conduzida em arranjo fatorial 6x2 (6 ambientes e 2 profundidades) com 3 repetições, totalizando 36 unidades amostrais. Os resultados experimentais foram analisados com a aplicação do teste F à análise de variância e por meio de teste Tukey (P<0,05) para comparação das médias dos diferentes tratamentos utilizando-se o software Statistical Analyses System – SAS (SAS, 1999).
Foi realizada uma Análise de Componentes Principais (ACP) com dados de pH, Na+, Ca2+, Mg2+, K+, SB, CTC, PST, V, M.O. e P, utilizando o programa PC- ORD® v.6 (McCune e Mefford, 2011) para determinar a influência dos diferentes usos intensivos do solo na modificação da condição natural do solo e a potencialidade de cada tipo de uso em disponibilizar poluentes para o reservatório Dourado.
Cálculo da perda de solo por erosão
As perdas de solo por erosão global em cada ambiente foram determinadas a partir da equação universal de perdas de solo (EUPS), descrita por Wischmeier e Smith (1978), como:
A = R.K.L.S.C.P
Onde: A = perda de solo por unidade de área (t.ha-1ano-1); R = erosividade da chuva (MJ.mm.ha-1 h-1ano-1); K = erodibilidade do solo (t.ha-1. MJ mm ha-1 h-1);
LS = fator para o efeito combinado do declive e do comprimento da rampa (adimensional)
C = fator cobertura e manejo do solo (adimensional) P = fator práticas conservacionistas (adimensional)
O fator R da equação universal de perdas de solo, ou seja, a erosividade da chuva em cada ambiente foi calculada com base no somatório do índice de erosão média mensal (EIm) (equação 8).
12
R =
∑
EIm (equação 8) i = 1Para cada ambiente e para cada mês, o índice de erosão média mensal (EIm) pode ser calculado através da equação 9, proposta por Lombardi Neto e
Moldenhauer (1992):
EIm = 68,730.(p2/P)0,841 (equação 9)
Onde: EIm = Erosividade média mensal do mês i em MJ mm h-1 ha-1
p = precipitação média mensal (mm) de uma série histórica acima de 20 anos;
P = precipitação média anual (mm) de uma série histórica acima de 20 anos Os dados de precipitação média mensal e anual foram obtidos para uma série histórica de cem anos, fornecidos pela Secretaria de Infra-estrutura da cidade de Currais Novos.
Para a classe de solo Neossolos Litólicos presente na região de estudo, a erodibilidade do solo (K) foi estimada em 0,036 (t.ha-1. MJ mm ha-1 h-1), conforme o nomograma de Wischmeier e Smith (1978).
O fator LS foi obtido a partir da equação 10 proposta por Bertoni e Lombardi Neto (1990):
LS = 0,00984 . L0,63 . S1,18 (equação 10)
Onde: L = Distância ao longo da qual se processa o escoamento superficial em cada ambiente;
S = Declividade do terreno em cada ambiente (%)
Utilizou-se o software Google Earth para avaliação da altimetria e do comprimento ao longo do qual se processa o escoamento superficial em cada ambiente, a partir dessa análise inicial realizou-se o cálculo da declividade em porcentagem para cada ambiente através da equação 11:
D (%) = (CM - Cm) / L x 100 (equação 11)
Onde: D (%) = Declividade em porcentagem da área CM = Cota de maior altimetria (m)
Cm = Cota de menor altimetria (m)
L = Comprimento ao longo do qual se processa o escoamento superficial (m)
Para o fator cobertura e manejo do solo (C) foram adotados os valores de 0,13 para a caatinga (MT1 e MT2); 0,06 para agricultura (CP1 e CP2); 0,5 para horta (HOR) e 1,0 para o solo descoberto (PEC) de acordo com Wischmeier e Smith (1978).
Quanto ao fator práticas conservacionistas (P), foi adotado o valor 1,0 para os ambientes PEC, CP1, CP2 e HOR, admitindo-se ausência de práticas conservacionistas, enquanto para os ambientes MT1 e MT2 o valor de P adotado foi de 0,2, admitido para solos em condição natural (Wischmeier e Smith, 1978).
Cálculo das perdas de fósforo do solo
O cálculo da perda de fósforo do solo através da erosão hídrica em cada ambiente foi realizado com base na concentração de fósforo disponível da camada de solo susceptível à erosão (0 – 20 cm). Para conversão da concentração de fósforo disponível obtida analiticamente em mgP.dm-³ para mgP.kg-1, utilizou-se o valor de densidade do solo obtido para cada ambiente. Com a quantidade de solo perdida em t.ha-1ano-1, obtida a partir da equação universal de perdas de solo
(EUPS), foi possível estimar a quantidade de fósforo exportada de cada ambiente em kgP.ha-1ano-1.
RESULTADOS
Qualidade ambiental do solo na zona ripária do reservatório Dourado
Os solos da zona ripária do reservatório Dourado apresentaram predominância da fração granulométrica areia com teores de até 901 g.Kg-1 de solo, enquanto a fração argila não ultrapassou 157 g.Kg-1 (tabela 7), caracterizando a textura arenosa desses solos, com classe textural variando de areia a franco- arenosa.
Tabela 7: Atributos físicos do solo na camada de profundidade 0-20 em ambientes sob diferentes usos do solo na zona ripária do reservatório Dourado, Currais Novos/RN.
Ambiente Ds Dp Pt Areia Silte Argila Classe Textural g.cm-3 g.cm-3 % g.kg-1
MT1 1,84 2,55 27 770 126 107 Franco arenosa MT2 1,49 2,91 48 743 101 157 Franco arenosa CP1 1,64 2,54 35 761 135 107 Areia franca CP2 1,64 2,76 40 870 47 82 Areia HOR 2,06 2,59 20 804 95 102 Areia franca PEC 2,22 2,56 13 832 102 69 Areia franca
Ds = Densidade do solo; Dp = Densidade de partículas; Pt = Porosidade total
Os solos dos ambientes sob mata nativa (MT1 e MT2) e sob cultivo de capim elefante (CP1 e CP2) apresentaram valores de densidade do solo esperados para solos de textura arenosa, enquanto, nos ambientes PEC e HOR foram observados valores elevados de densidade do solo mesmo considerando a textura arenosa