1 INTRODUÇÃO 25 1.1 Hipóteses
W: Representa a largura ortogonal D : Resolução do pixel
: Ângulo de inclinação da encosta As: É a área de contribuição específica. β: Declividade.
3.2.4 Uso e manejo do solo
O fator C é usado na Equação Universal Perda de Solo (RUSLE) para refletir qual o efeito das práticas de manejo do cultivo possui, sobre as taxas de erosão, sendo o fator mais utilizado para comparar os efeitos das práticas de conservação. O fator C indica como as práticas de uso e manejo irá afetar a perda média anual de solo. Sendo esse potencial de perda vai ser distribuído com o tempo durante as práticas de uso e manejo das culturas ou por implementação de medidas de conservação.
Um grande esforço foi usado para o calculo do fator C, baseado em dados de pesquisa dos últimos anos, realizado na região e no estado, contribuição de cada cultura na produção de biomassa, taxa de decomposição, massa de raízes, temperatura e umidade bem como o acompanhamento pela bacia dos usos, tendo como apoio imagens de satélite. Após o calculo do fator C foi calculado o fator P através de amostragem a campo com orientação de metodologias já estabelecidas.
O fator C foi calculado para as diferentes épocas do ano englobando todas as fases das diferentes culturas, sendo estabelecidos estádios que compreendiam o desenvolvimento das culturas. Desse modo, os estádios das culturas foram definidos em função da percentagem de cobertura do solo pelo dossel ao longo do ciclo, seguindo a metodologia sugerida por WISCHMEIER & SMITH (1978).
A cobertura do solo pelo dossel foi utilizada para determinar os estádios durante o ciclo das culturas onde foram estabelecidos cinco estádios durante o ciclo das culturas:
1o estádio, da semeadura até 10% de cobertura do solo pelo dossel; 2o estádio, de 10% de cobertura pelo dossel até 30% de cobertura; 3o estádio, de 30% de cobertura pelo dossel até 50% de cobertura; 4o estádio, de 50% de cobertura pelo dossel até 75% de cobertura, e 5o estádio, de 75% de cobertura pelo dossel até a colheita das culturas.
Figura 4 – Classificação da área com os principais usos.
Além do estabelecimento de estágios de desenvolvimento das culturas foi aplicado técnicas de sensoriamento remoto para dar suporte na distribuição da área. Para isso, através do emprego de imagens digitais do sensor ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus), do satélite LANDSAT-7 obtidas através do endereço eletrônico http://www.dgi.inpe.br/CDSR/, em diferentes épocas nos anos de 2002 e 2003, com suporte no programa Google Earth dos últimos 10 anos.
As 5 bandas disponibilizadas foram utilizadas apenas os canais espectrais 3 (vermelho: 0,63 – 0,69 µm), 4 (infravermelho próximo: 0,76 – 0,90 µm) e 5
(infravermelho médio: 1,55 – 1,75 µm), que apresentam resolução espacial análoga (30 metros) e maior interesse pelas suas características espectrais em função das necessidades de mapeamento deste trabalho.
Na fase de processamento, foram testadas e geradas diversas composições de bandas visando à classificação supervisionada. Das composições testadas, foi selecionada para a obtenção da informação espectral, a composição colorida falsa cor em RGB com as bandas 5, 4 e 3, respectivamente (banda 5, no canal vermelho; banda 4, no canal verde e banda 3, no canal azul), já que as características intrínsecas a cada uma destas faixas do espectro eletromagnético, permitiram delimitar satisfatoriamente os diferentes usos e ocupações na área. As bandas 3, 4 e 5 do sensor ETM foram escolhidas em função das suas características, que são:
A banda 3 permite definir um bom contraste entre diferentes tipos de vegetação, devido a baixa refletância das folhas, com a absorção da clorofila.
Na banda 4, a vegetação reflete muita energia, permitindo analisar a rugosidade do dossel, até a morfologia do terreno e ainda o delineamento de corpos d'água;
A banda 5 possibilita observar algum tipo de estresse na vegetação causado por desequilíbrio hídrico.
Após essa etapa foi classificado e distribuído os diferentes usos que possui a bacia do rio Conceição.
Tabela 4 – Representação da distribuição do uso do solo em frações de área.
Classe de uso nº Pixels(24x24) Área (ha) Área (%)
Lavoura 935893 53907,44 67,039
Área úmida 22901 1319,10 1,640
Florestas 112263 6466,35 8,042
Solo exposto 324979 18718,79 23,279
Os parâmetros que são importantes para o cálculo do fator C são o grau de resíduos da colheita anterior, a proteção oferecida à superfície do solo pelo dossel vegetativo, a redução da erosão pela cobertura da superfície e a rugosidade da superfície. Portanto, quando associada com um período de tempo correspondente, esses valores são considerados combinados em um valor global fator C.
Como acontece com a maioria dos outros fatores dentro da RUSLE, o fator C é baseado no conceito de desvio de um padrão, neste caso uma área sob condições de pousio sem cobertura vegetal ou cultivada. A razão perda de solo é uma estimativa da proporção da perda de solo sob condições reais de perdas experimentais nas condições de referência. Trabalhos de WISCHMEIER (1975) e MUTCHLER et al. (1982) indicaram que o impacto geral de cultivo e manejo do solo pode ser dividido em uma série de subfatores.
Subfator cobertura pelo dossel
Subfator superfície cobertura.
Subfator de uso da anterior da terra
Subfator Superfície-Rugosidade.
Onde os subfatores individuais são expressos como funções de uma ou mais variáveis, incluindo a cobertura de resíduo, a cobertura de dossel, altura do dossel, rugosidade da superfície, biomassa abaixo do solo (massa de raízes e os resíduos incorporados), culturas anteriores, umidade do solo e tempo. Cada subfator contém variáveis de cultivo e manejo que afetam a erosão do solo.
Dentro da RUSLE, esta técnica é utilizada como modificada por (LAFLEN et al., 1985; WELTZ et al., 1987), onde os parâmetros importantes são os impactos do cultivo e manejo anteriores, a proteção proporcionada na superfície do solo pelo dossel vegetativo, a redução da erosão devido à cobertura de superfície e rugosidade da superfície, e em alguns casos, o impacto da humidade do solo na redução de escoamento da chuva de baixa intensidade. Tal como utilizado na RUSLE, a cada um destes parâmetros é atribuído um valor subfator, e estes valores são multiplicados em conjunto para produzir uma perda de solo. Um valor de perda individual é então calculado para cada período de tempo durante o qual os parâmetros importantes podem ser considerados como constantes. Cada um destes valores é corrigido pela fração de erosão de precipitação/escoamento (EI30) associada com o período de
tempo correspondente, e estes valores são combinados em um valor do fator C geral. Para cada cenário se fez uma simulação, onde foi calculado um valor para o fator C, sendo que ele possui grande influência nas taxas de erosão quando associado ao índice de erosividade. Para reduzir os danos causados pela ação erosiva da chuva, (MARQUES & BERTONI, 1961; LOPES et. al., 1987), recomenda o
uso dos restos da cultura anterior como cobertura vegetal morta, por ser um manejo simples e eficaz no combate da erosão, sendo que com o aumento dos resíduos vegetais pode reduzir as perdas, podendo chegar a 90 % de solo e 80 % de água (LOMBARDI NETO et al., 1988).
A estratégia para a determinação do fator C foi escolher diferentes cenários que correspondesse o que foi evidenciado em toda bacia. A partir disso se atribuiu cenários, que partiram de condições extremas. O cenário negativo foi atribuído a monocultura da soja com a permanência do solo exposto durante boa parte do ano. Já o cenário positivo se baseou na rotação de cultura com aveia/milho/soja. Além disso, foram estabelecidos cenários intermediários com culturas de inverno para a colheita de grãos e com o uso de pastagens, sendo esses mais frequentes.
O fator uso e manejo da RUSLE descrito por RENARD et al. (1997) é descrito com a equação:
𝐂 ∑ 𝐑𝐏 𝐢 ∗ 𝐄𝐈𝐩𝐢
𝐢= 𝐢=𝟑
Onde:C: Fator uso da gleba,
i: Período de rotação (decêndio, quinzena ou mês), variando de 1 a n (nº de períodos para a rotação).
EIpi: Fração da erosividade total (da rotação) para o período i, RPS: Razão de Perda de Solo
C=1 para a gleba descoberta a mais de dois anos, com aração e duas gradagens anuais. C indica o efeito a longo prazo da combinação de uso e manejo e refere-se á duração da rotação em questão.
Para a determinação de todos os subfatores, foi determinado cada um individualmente seguindo a metodologia descrita, após a sua determinação foi multiplicado cada um entre todos usando a seguinte equação:
Onde:
RPSi=(erosão com determinado uso)/ (erosão parcela padrão), no período i.
CDi, CSi, Uai e RSi= Subfatores cobertura pelo dossel, cobertura por resíduos, uso anterior e rugosidade superficial aleatória, para o período i.
Depois de realizado a multiplicação dos subfatores foi adicionada a esse valor o produto da fração da erosividade total, onde foi obtido o fator C para o cenário em questão.
Tabela 5 – Exemplo de cenário para a determinação das variáveis do fator C através da simulação do cenário Soja/pousio/trigo.
C=RPS*FEI Cdi Csi Uai Rsi FEI
0,00622 0,9024 0,1454 0,5861 0,9036 0,089484 0,00174 0,7175 0,1739 0,2773 0,9821 0,051257 0,00074 0,5565 0,1947 0,1070 0,9986 0,063460 0,00027 0,3641 0,2091 0,0413 0,9999 0,086396 0,00007 0,2705 0,2231 0,0171 1,0000 0,072361 0,00517 0,8047 0,1584 0,5084 1,0000 0,079727 0,00397 0,7323 0,1757 0,3833 1,0000 0,080430 0,00718 0,8030 0,2243 0,6749 0,9036 0,065339 0,00180 0,6399 0,2264 0,1851 0,9795 0,068574 0,00081 0,4913 0,2285 0,0449 0,9979 0,161566 0,00009 0,3612 0,2304 0,0116 0,9999 0,095069 0,00002 0,2748 0,2321 0,0030 1,0000 0,086338 0,02807 - - - - -
C=Fator uso e manejo, Cdi=Cobertura pelo dossel, Uai=Uso anterior da terra, Rsi=Rugosidade aleatória FEI=Fração da erosividade total
3.2.4.1 Cobertura pelo dossel (CD)
O subfator cobertura do solo expresso é expresso pelo dossel, através da copa de plantas (CD) define-se como sendo a efetividade do dossel vegetativo na redução da energia da chuva que atinge a superfície do solo.
O subfator cobertura do dossel definido pela RUSLE é o percentual de cobertura da superfície com material em contato com o solo que intercepta as gotas de chuva retardando o escoamento superficial. Para ser eficaz, a cobertura de superfície deve ser alocado à superfície com taxa suficiente de modo que não seja levado para fora do meio.
A cobertura do solo pelo dossel (CD) expressa a efetividade do dossel vegetativo na redução da energia da chuva que atinge a superfície do solo. Embora a maioria das chuvas interceptada pelo dossel das plantas atinja a superfície do solo, isso deve ocorrer com muito menos energia do que se a precipitação atingisse o solo sem ter sido interceptada. O subfator de cobertura do solo pela copa das plantas é calculado pela equação:
𝐂 𝟎, 𝟎 𝐂 𝐱𝐩
−𝟎 𝟑𝐇𝟑 𝟒
CD=Subfator cobertura pelo dossel (erosão com cobertura/erosão sem cobertura). Cd=% da superfície coberta pelo dossel
H= Altura mediana de queda das gotas formadas no dossel (m).
Quando possuir um consórcio de plantas que têm mais de um tipo de vegetação que compõem o dossel, como por exemplo, as pastagens com uma mistura de plantas, deve-se tentar estimar a altura da qual a maioria das gotas de água irá precipitar.
As fontes de dados para Cd e H podem ser obtidas por tabelas em ROLOFF & BERTOL (1998), que possuem uma boa estimativa da cobertura dos principais cultivos agrícolas do Brasil.
Tabela 6 – Exemplo de cenário para determinação do feito da cobertura viva para o cenário de Soja/pousio/trigo Cobertura pelo Dossel % da superfície coberta Alt.Méd Qued. Biomassa aérea Biomassa aérea total Potencial produtivo Prop. de MS no período d (Kg/ha-1)) CD=1- 0.01*Cd*EXP(- 0.3*H) Cd=(1-EXP(- ε*Bmd)*δ Gota (H) m Bmd=Bmx *Bpd Bmx=Rend/ ic Grãos Kg ha-1 Bpd 0,9024 10 0,1 62500 250 200 250 0,7175 30 0,25 562500 750 500 750 0,5565 50 0,35 1562500 1250 1200 1250 0,3641 75 0,55 3515625 1875 1800 1875 0,2705 90 0,7 5062500 2250 2000 2250 0,8047 20 0,2 90000 300 60 300 0,7323 28 0,1 490000 700 200 700 0,8030 20 0,1 640000 800 100 800 0,6399 40 0,15 1000000 1000 200 1000 0,4913 60 0,3 2250000 1500 500 1500 0,3612 80 0,4 3240000 1800 1000 1800 0,2748 95 0,6 4000000 2000 1500 2000
Para a determinação da cobertura pelo dossel primeiramente foi estimado a proporção de massa para cada estágio em questão. Iniciou-se o cenário com a cultura da soja implantada em novembro e a partir da proporção da matéria seca Bpd
em cada estágio para a cultura e as subsequentes se realizou os cálculos. Em seguida foi calculada a biomassa aérea total Bmx, que é uma relação entre rendimento de grãos e o índice de colheita (ic). O índice de colheita é dado através da relação entre massa de grãos e massa total. A partir do produto da biomassa aérea total Bmx pela matéria seca do período Bpd obteve se o percentual de
superfície coberta.
Após o uso desse fator juntamente com a altura média de queda de gota das chuvas foi obtido à cobertura do dossel para os diferentes estágios de desenvolvimento das culturas. Após a cultura da soja o solo ficou em pousio em um intervalo de aproximadamente 50 dias até serem implantadas as culturas de inverno. Nesse período se obteve um dos maiores valores na cobertura pelo dossel CD juntamente com o início do cultivo da soja.
Em relação à variação dos parâmetros indica que os maiores valores finais de cobertura CD se relacionam com baixa cobertura viva, sendo observado no início da implantação da soja e após sua colheita. Desse modo, quando menor o valor de CD maior será a cobertura pelo dossel.
3.2.4.2 Cobertura superficial (CS)
O subfator cobertura superficial (CS) é considerado o mais importante na determinação da perda de solo pela RUSLE descrito por RENARD et al. (1997). A cobertura do solo afeta a erosão, reduzindo a capacidade de transporte do escoamento superficial da água, causando deposição em áreas estancadas, e diminuindo a área suscetível ao impacto das gotas de chuva. Cobertura superficial inclui resíduos vegetais, rochas, e outros materiais não erodidos, que estão em contato direto com a superfície do solo. O subfator da cobertura superficial do solo é calculado pela equação:
− 𝐂 𝟎 𝟔𝐑 𝟎 𝟎𝟖
𝟑 𝟓
CS=Subfator cobertura da superfície (erosão com cobertura/erosão sem cobertura). b= Fator indicativo da forma de erosão predominante
Cr=% da superfície coberta por resíduos
Rs=Rugosidade aleatória da superfície( desvio padrão das micro elevações, cm) (Rs para uma superfície de mínima rugosidade ≈ 0.6 cm).
A escolha de um valor adequado do coeficiente b pode ser feita com maior precisão se o processo de erosão dominante é conhecido (RENARD et al., 1997). Quando o principal mecanismo de perda de solo é por erosão em sulcos, valores de b devem ser de cerca de 0,050.Áreas dominadas por erosão entressulcos o valor de b deve ser cerca de 0,025, já para condições de erosão típicas em cultivos o valor de b sugerido é de 0,035.
A rugosidade superficial do solo incorpora o efeito das deformações que compõem a superfície do solo. Devido a superfície do solo possuir muitas depressões e ondulações, que agem como barreiras, isso, acaba reduzindo a velocidade da enxurrada, diminuindo assim a erosão. Essa rugosidade do solo faz com que as taxas de infiltração da água sejam maiores do que em superfícies lisas.
A rugosidade aleatória (Rs) é a que se considera no fator de cobertura e manejo, no calculo do fator C (KUENSTLER, 1998), a qual é um componente importante no cálculo das razões de perda de solo (RENARD et al., 1997).
𝐂 𝐱𝐩
−𝛂] 𝟎𝟎 𝟑 𝟔
Onde:
α: Área coberta pelo resíduo por unidade de massa, função da cultura (ha Mg-1
) Mr: Massa seca final da parte aérea (Mg ha-1), estimada a partir da relação Mr:grão A decomposição de resíduos é estimada pela seguinte equação:
𝐢 𝐢 𝐱𝐩
−𝟑 𝟕
i= Período em questão i-1= período anterior
D=Número de dias do período
𝐩 𝐢 , ] 𝟑 𝟖
O subfator umidade do solo representa a influência da umidade do solo nas taxas de infiltração da água da chuva no solo, ou seja, na ocorrência ou não de escorrimento superficial e consequentemente na erosão do solo.
𝐑
𝐑 𝟑 𝟗
R= Chuva acumulada durante o período (mm)
R0= Chuva média mínima para a decomposição ótima (≈ 132 mm/mês) Ta= Temperatura média no período (ºC).