FABRÍCIO TONDELLO BARBOSA

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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS AGRÁRIAS

DOUTORADO EM MANEJO DO SOLO

FABRÍCIO TONDELLO BARBOSA

COMPRIMENTO CRÍTICO DE DECLIVE RELACIONADO À EROSÃO

HÍDRICA, EM DIFERENTES TIPOS E DOSES DE RESÍDUO EM DUAS

DIREÇÕES DE SEMEADURA DIRETA

LAGES, SC

2011

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FABRÍCIO TONDELLO BARBOSA

COMPRIMENTO CRÍTICO DE DECLIVE RELACIONADO À EROSÃO

HÍDRICA, EM DIFERENTES TIPOS E DOSES DE RESÍDUO EM DUAS

DIREÇÕES DE SEMEADURA DIRETA

Tese apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Doutor no Curso de

Pós-Graduação em Manejo do Solo da

Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC.

Orientador: Dr. Ildegardis Bertol Co-orientador: Dr. Álvaro Luiz Mafra Co-orientador: PhD. Neroli Pedro Cogo

LAGES, SC

2011

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Ficha catalográfica elaborada pela Bibliotecária Renata Weingärtner Rosa – CRB 228/14ª Região

(Biblioteca Setorial do CAV/UDESC)

Barbosa, Fabrício Tondello

Comprimento crítico de declive relacionado à erosão hídrica, em diferentes tipos e doses de resíduo em duas direções de semeadura direta / Fabrício Tondello Barbosa ; orientador: Ildegardis Bertol. – Lages, 2011.

Tese (Doutorado) – Centro de Ciências Agroveterinárias / UDESC

1. Chuva simulada. 2. Semeadura direta. 3. Falha dos resíduos culturais. 4. Comprimento crítico de declive. 5. Cultivo em contorno. I. Título.

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FABRÍCIO TONDELLO BARBOSA

COMPRIMENTO CRÍTICO DE DECLIVE RELACIONADO À EROSÃO

HÍDRICA, EM DIFERENTES TIPOS E DOSES DE RESÍDUO EM DUAS

DIREÇÕES DE SEMEADURA DIRETA

Tese apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Doutor no Curso de Pós-Graduação em Manejo do Solo da Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC.

Aprovado em: / /2011 Homologado em: / /2011

Banca Examinadora:

Orientador/presidente: Dr. Ildegardis Bertol

(UDESC/Lages - SC)

Co-orientador/membro: Dr. Álvaro Luiz

Mafra (UDESC/Lages - SC)

Co-orientador/membro: PhD. Neroli Pedro

Cogo (UFRGS/Porto Alegre - RS)

Membro: Dr. David José Miquelluti

(UDESC/Lages - SC)

Dr. Léo Rufato

Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Ciências Agrárias – UDESC/Lages – SC

Dr. Luciano Colpo Gatiboni

Coordenador Técnico do Curso de Doutorado em Manejo do Solo – UDESC/Lages – SC

Dr. Cleimon Eduardo do Amaral Dias

Diretor Geral do Centro de Ciências Agroveterinárias – UDESC/Lages - SC

Membro: Dr. Luciano da Silva Souza

(UFRB/Cruz das Almas - BA)

Lages, Santa Catarina 26 de Agosto de 2011

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A meus pais, Alziro Zarske Barbosa e Nair Justina Tondello Barbosa, pelo incentivo e ensinamentos transmitidos,

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AGRADECIMENTOS

A Deus, acima de tudo, pelas portas que se abriram em meu caminho, para poder chegar até aqui.

Ao professor e amigo Ildegardis Bertol, a quem devo muito, pelos ensinamentos transmitidos e orientação segura, um exemplo a ser seguido.

Aos meus pais, Alziro e Nair, pelo incentivo e confiança depositada, exemplos de honestidade, fé e humildade, e a meus irmãos Éderson e Kelen, pela amizade, incentivo e compreensão.

À Vanessa Borelli, companheira em todos os momentos, dos bons aos ruins. Aos amigos, em especial, Rodrigo Vieira Luciano, pela parceria de “república”.

Ao pessoal da área de Conservação do Solo, Luciane da Costa, Jeferson Schick, Romeu S. Werner, Roger R. Ramos, Júlio C. Ramos, Mitsui S. Tanaka, Juliana Marioti, José Mecabô, Juscélia Padilha, Douglas H. Bandeira, Gabriel S. Oselame, Murilo C. Flores, Marco S. Prazeres, Jéssica P. Borges e demais colaboradores, pelo inestimável auxílio na condução do experimento, além da amizade.

Aos professores do Departamento de Solos do CAV/UDESC, pelos ensinamentos transmitidos e amizade.

Aos meus co-orientadores, Álvaro Luiz Mafra e Neroli Pedro Cogo, pela valiosa colaboração.

Ao professor Olívio José Soccol, pelo auxílio no dimensionamento da câmara com vertedor medidor de vazão, o que muito contribuiu para a melhoria do experimento.

Ao professor David José Miquelluti, pelo auxílio na interpretação dos dados.

Ao Colégio Agrícola Caetano Costa, pela área experimental concedida e auxílio na execução do experimento.

À UDESC, pela formação profissional. À CAPES, pela bolsa de estudos.

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RESUMO

BARBOSA, Fabrício Tondello. Comprimento crítico de declive relacionado à erosão

hídrica, em diferentes tipos e doses de resíduo em duas direções de semeadura direta.

2011. 99 f. Tese (Doutorado em Manejo do Solo) - Universidade do Estado de Santa Catarina. Programa de Pós-Graduação em Ciências Agrárias, Lages, SC, 2011.

Nos preparos conservacionistas de solo, a eficácia dos resíduos culturais na redução da erosão hídrica diminui se os resíduos forem transportados pela enxurrada e/ou se a enxurrada sulcar o solo. A esse fenômeno se denomina falha dos resíduos, caracterizando a existência de comprimento crítico de declive, ou seja, a distância no terreno a partir da qual a enxurrada adquire tensão cisalhante suficiente para superar a resistência do resíduo ao transporte e/ou a resistência do solo ao sulcamento. Os objetivos do trabalho foram definir comprimentos críticos de declive e a tensão crítica de cisalhamento em duas direções de semeadura direta, sob diferentes tipos e doses de resíduos culturais. O trabalho foi desenvolvido em campo, entre maio de 2009 e maio de 2011, sobre um Nitossolo Bruno aluminoférrico húmico, em São José do Cerrito (SC), usando unidades experimentais com dimensões de 3,5 x 11 m, com declividade média de 0,144 m m-1. Foram testadas as formas de execução de semeadura direta no sentido transversal (em contorno) e paralelo ao declive (na pendente), sobre os resíduos culturais de milho (Zea mays), trigo (Triticum aestivum) e soja (Glycine max), nas doses de 50% e 100% do total produzido para cada um deles. Foram realizados testes de chuva simulada com o uso de simulador de chuva de braços rotativos, na intensidade de chuva planejada de 65 mm h-1 e, com duração de 90 min cada um, tempo este necessário para se obter a taxa constante de enxurrada. Ao final dos 90 min de chuva, sem desligar o aparelho simulador de chuva, foram aplicados níveis crescentes de fluxo extra de água limpa na cabeceira das parcelas, simulando a enxurrada provinda de declives mais longos. Para identificação da falha dos resíduos, usou-se teoria de erosão, efetuando as relações entre taxa de erosão (Dp) x taxa de enxurrada (qm), concentração de sedimentos na enxurrada (C) x taxa

de enxurrada (qm) e velocidade da enxurrada (V) x taxa de enxurrada (qm). Em adição, a falha

dos resíduos foi avaliada visualmente. Detectou-se comprimento crítico de declive em todos os tratamentos, sendo que, de modo geral, a semeadura direta em contorno e a dose maior dos resíduos de milho, trigo e soja aumentaram o comprimento crítico e a tensão crítica de cisalhamento, em relação à semeadura direta na direção da pendente e à menor dose de resíduos, respectivamente. Tais comprimentos e tensões críticas variaram de 35 a 155 m e 1,9 a 7,4 N m-2, respectivamente. Da teoria de erosão, o ponto de falha foi melhor identificado analisando conjuntamente as relações Dp x qm e C x qm. A relação V x qm não foi um bom

indicador da falha. A observação visual em campo indicou falha real dos resíduos de milho e soja, enquanto que para o de trigo, não houve clareza.

Palavras-chave: Chuva simulada. Semeadura direta. Falha dos resíduos culturais.

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ABSTRACT

BARBOSA, Fabrício Tondello. Critical slope length related to water erosion, in different

types and doses of crop residues in two sowing directions in no-till. 2011. 99 f. Thesis

(Doutorado em Manejo do Solo) - Universidade do Estado de Santa Catarina. Programa de Pós-Graduação em Ciências Agrárias, Lages, SC, 2011.

Under conservation soil tillage, the effectiveness of crop residues in reducing water erosion decrease if the mulch is transported by runoff and/or if the runoff furrows the soil. This phenomenon is called mulch failure, characterizing the critical slope length, i.e., the distance on the ground from which the flood gains sufficient shear stress to overcome the resistance to transport the mulch and/or the resistance of the soil to furrow. The objectives of this study were to define critical slope lengths and critical shear stress in two sowing directions under different types and doses of crop residues, in no-till. The field work was conducted from May 2009 to May 2011, on a Nitosol (Alfisol) in Santa Catarina, Brazil, in experimental units with dimensions of 3.5 x 11 m, and mean slope of 0.144 m m-1. Sowing directions transverse (contour) and parallel (up-and-down) to the slope were tested using maize (Zea mays), wheat (Triticum aestivum) and soybean (Glycine max) mulches at doses of 50 and 100% of the total residue produced. During the research, simulated rainfall tests were performed using a rotating-boom rainfall simulator, with rain intensity of 65 mm h-1 and 90 min of duration, which was time required to achieve the constant runoff rate. At the end of 90 min of rain, without disconnecting the rainfall simulator were applied increasing levels of extra flow of clean water at the upper part of the plots, simulating additional runoff from longer slopes. The mulch failure was evaluated based on the theory of erosion, using the relationship between erosion rate (Dp) x runoff rate (qm), sediment concentration in runoff (C) x runoff rate (qm)

and runoff velocity (V) x runoff rate (qm). Moreover, the mulch failure was observed visually

when it occurred. In all treatments were found the critical slope lengths, and, in general, contour sowing and higher dose of crop residues increased the critical slope length and critical shear stress in relation to the up-and-down sowing and the lowest crop residue dose, respectively. Such lengths and critical stress ranged from 35 to 155 m and 1.9 to 7.4 N m-2, respectively. The theory of erosion, the point of failure was identified jointly analyzing the relationships Dp x qm and C x qm. The relationship V x qm was not a good indicator of failure.

The visual failure could be identified for maize and soybean residues, while for wheat it was not clearly distinct.

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Caracterização do solo: granulometria, argila dispersa em água, densidade de partículas (Dp), densidade do solo (Ds), porosidade total do solo (Pt), macroporosidade (Ma), microporosidade (Mi), carbono orgânico do solo (C.org) e diâmetro médio ponderado dos agregados do solo (DMP)... 40

Tabela 2 - Intensidade e quantidade real das chuvas simuladas aplicadas nos tratamentos estudados, nos experimentos realizados sobre os resíduos culturais de milho, trigo e soja... 42

Tabela 3 - Quantidade de resíduo na superfície do solo (kg ha-1) antes da semeadura e cobertura do solo (%) antes e após a semeadura, e após a chuva simulada (com adição dos fluxos extras de água) pelos resíduos culturais de milho, trigo e soja, nos diferentes tratamentos estudados... 47

Tabela 4 - Umidade volumétrica no solo (Uv) nas profundidades de 0-0,1 e 0,1-0,2 m e saturação dos poros por água (S), na camada de 0-0,2 m de solo, antecedente às chuvas simuladas aplicadas nos experimentos realizados sobre os resíduos de milho, trigo e soja, nos tratamentos estudados... 48

Tabela 5 - Taxa constante de enxurrada ajustada para 65 mm h-1 (qc), nos diferentes

tratamentos, sob chuva simulada de 90 min de duração, em parcelas com declividade média de 0,144 m m-1 no teste de chuva realizado sobre os resíduos de milho, trigo e soja... 49

Tabela 6 - Taxa constante de enxurrada da chuva inicial - qc (m3 s-1 m-1 10-3); fluxo

extra de água adicionada na cabeceira da parcela experimental - qa (m3 s-1

m-1 10-3) e taxa de enxurrada medida no vertedor, sob adição dos fluxos extras - qi (m3 s-1 m-1 10-3), nos diferentes tratamentos sobre os resíduos

de milho, trigo e soja... 51

Tabela 7 - Resumo da observação visual da falha dos resíduos em campo, nos diferentes tratamentos, no teste de chuva realizado sobre os resíduos de milho, trigo e soja... 63

Tabela 8 - Nível crítico de fluxo extra; taxa de descarga no ponto médio da parcela experimental (qm) crítico; critérios que definiram o ponto de falha e

comprimento crítico de declive, nos diferentes tratamentos sobre os resíduos de milho, trigo e soja, num Nitossolo Bruno... 84

Tabela 9 - Nível crítico de fluxo extra; profundidade total do fluxo e tensão crítica de cisalhamento, nos diferentes tratamentos sobre os resíduos de milho, trigo e soja, num Nitossolo Bruno... 86

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - a) Unidade experimental delimitada nas laterais e parte superior por chapas galvanizadas e na parte inferior por calha coletora de escoamento; b) vista do simulador de chuvas operando sobre duas unidades experimentais. Na mesma figura, observa-se a calha coletora de enxurrada conectada ao tubo de PVC que conduzia o fluxo até a câmara com vertedor alocado na trincheira... 28

Figura 2 - a) Vista lateral do simulador de chuvas de braços rotativos tipo Swanson; b) controle da intensidade de chuva realizado por meio de registro e manômetro localizados próximo a entrada de água no simulador... 29

Figura 3 - a) Fluxo extra de água adicionado na extremidade superior de uma parcela simulando comprimento de rampa maior; b) detalhe dos registros utilizados para controlar a entrada de água pelo fluxo extra nas parcelas experimentais. Na figura, também é possível observar os pluviômetros instalados para medição do volume e intensidade real das chuvas aplicadas, anterior à adição dos fluxos extras... 31

Figura 4 - a) Câmara com vertedor triangular para medir vazão; b) piezômetro utilizado para realizar as leituras de vazão no vertedor... 31

Figura 5 - Vista geral dos tratamentos referentes ao experimento 1, logo após a operação de semeadura mecanizada sem hastes sulcadoras, realizada sobre o resíduo cultural do milho. a) semeadura em contorno com 100% da dose de resíduo (C-M1/1); b) semeadura em contorno com 50% da dose

de resíduo (C-M1/2); c) semeadura na pendente com 100% da dose de

resíduo (P-M1/1); d) semeadura na pendente com 50% da dose de resíduo

(P-M1/2)... 34

Figura 6 - Semeadora mecanizada composta por discos de corte e hastes sulcadoras, sobre o resíduo de trigo. a) parcela com 100% da dose de resíduo; b) parcela com 50% da dose de resíduo... 35

Figura 7 - Vista geral dos tratamentos referentes ao experimento 2, logo após a operação de semeadura mecanizada com hastes sulcadoras, realizada sobre o resíduo cultural de trigo. a) semeadura em contorno com 100% da dose de resíduo (C-T1/1); b) semeadura em contorno com 50% da dose de

resíduo (C-T1/2); c) semeadura na pendente com 100% da dose de resíduo

(P-T1/1); d) semeadura na pendente com 50% da dose de resíduo (P-T1/2)... 36

Figura 8 - Vista geral dos tratamentos referentes ao experimento 3, logo após a operação de semeadura mecanizada sem hastes sulcadoras, realizada sobre o resíduo cultural de soja. a) semeadura em contorno com 100% da dose de resíduo (C-S1/1); b) semeadura em contorno com 50% da dose de

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(P-S1/1); d) semeadura na pendente com 50% da dose de resíduo (P-S1/2)... 38

Figura 9 - Medição da taxa instantânea de enxurrada na chuva anterior aos fluxos extras... 41

Figura 10 - Detalhe da mobilização do solo na linha de semeadura. a) uso de semeadora equipada com discos de corte na dose integral do resíduo de milho; b) uso de semeadora equipada com discos de corte e hastes sulcadoras na dose integral do resíduo de trigo; c) uso de semeadora equipada com discos de corte na dose integral do resíduo de soja... 50

Figura 11 - Taxa de descarga adicionada na extremidade superior das parcelas e correspondente nível de fluxo extra, nos diferentes tratamentos. a) experimento 1, resíduo de milho; b) experimento 2, resíduo de trigo; c) experimento 3, resíduo de soja... 52

Figura 12 - Comprimento equivalente de declive simulado e correspondente nível de fluxo extra, nos diferentes tratamentos. a) experimento 1, resíduo de milho; b) experimento 2, resíduo de trigo; c) experimento 3, resíduo de soja... 54

Figura 13 - Vista da superfície do solo durante a aplicação do último nível de fluxo extra (à esquerda) e após a adição dos fluxos extras de água (à direita), no teste de chuva sobre o resíduo de milho, sobre os tratamentos: a) C-M1/1;

b) C-M1/2; c) P-M1/1, d) P-M1/2... 57

Figura 14 - Vista da superfície do solo durante a aplicação do último nível de fluxo extra (à esquerda) e após a adição dos fluxos extras de água (à direita), no teste de chuva sobre o resíduo de trigo, sobre os tratamentos: a) C-T1/1; b)

C-T1/2; c) P-T1/1, d) P-T1/2... 59

Figura 15 - Vista da superfície do solo durante a aplicação do último nível de fluxo extra (à esquerda) e após a adição dos fluxos extras de água (à direita), no teste de chuva sobre o resíduo de soja, sobre os tratamentos: a) C-S1/1; b)

C-S1/2; c) P-S1/1, d) P-S1/2... 61

Figura 16 - Relação entre a taxa de erosão (Dp) e a taxa de descarga da enxurrada no

ponto médio da parcela experimental (qm), nos diferentes tratamentos

estudados, no teste de chuva realizado sobre o resíduo cultural do milho. Obs.: as setas nas figuras indicam o ponto onde houve mudança na relação Dp x qm... 65

estudados, no teste de chuva realizado sobre o resíduo cultural do trigo Obs.: as setas nas figuras indicam o ponto onde houve mudança na relação Dp x qm... 68

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estudados, no teste de chuva realizado sobre o resíduo cultural da soja. Obs.: as setas nas figuras indicam o ponto onde houve mudança na relação Dp x qm... 70

Figura 19 - Relação entre a concentração de sedimentos na enxurrada (C) e a taxa de descarga da enxurrada no ponto médio da parcela experimental (qm), nos

diferentes tratamentos estudados, no teste de chuva realizado sobre o resíduo cultural do milho. Obs.: as setas nas figuras indicam o ponto onde houve mudança na relação C x qm... 73

diferentes tratamentos estudados, no teste de chuva realizado sobre o resíduo cultural do trigo. Obs.: as setas nas figuras indicam o ponto onde houve mudança na relação C x qm... 74

diferentes tratamentos estudados, no teste de chuva realizado sobre o resíduo cultural da soja. Obs.: as setas nas figuras indicam o ponto onde houve mudança na relação C x qm... 76

Figura 22 - Relação entre a velocidade de enxurrada (V) e a taxa de descarga da enxurrada no ponto médio da parcela experimental (qm), nos diferentes

tratamentos estudados, no teste de chuva realizado sobre o resíduo cultural do milho. Obs.: as setas nas figuras indicam o ponto onde houve mudança na relação V x qm... 78

tratamentos estudados, no teste de chuva realizado sobre o resíduo cultural do trigo. Obs.: as setas nas figuras indicam o ponto onde houve mudança na relação V x qm... 80

tratamentos estudados, no teste de chuva realizado sobre os resíduos culturais de soja. Obs.: as setas nas figuras indicam o ponto onde houve mudança na relação V x qm... 81

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO... 14

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 16

2.1 A EROSÃO HÍDRICA PLUVIAL DO SOLO... 16

2.2 INFLUÊNCIA DA COBERTURA DO SOLO POR RESÍDUOS CULTURAIS NA EROSÃO HÍDRICA... 16

2.3 INFLUÊNCIA DA DIREÇÃO DO CULTIVO DAS CULTURAS NA EROSÃO HÍDRICA... 17

2.4 A SEMEADURA DIRETA E A EROSÃO HÍDRICA... 18

2.5 REDUÇÃO DA EFICÁCIA RELATIVA DOS RESÍDUOS CULTURAIS NO CONTROLE DA EROSÃO HÍDRICA... 18

2.6 DETECÇÃO DA FALHA DOS RESÍDUOS CULTURAIS... 21

2.6.1 Observação visual em campo... 2.6.2 Relações teóricas de erosão... 2.6.2.1 Taxa de erosão x taxa de descarga... 2.6.2.2 Concentração de sedimentos na enxurrada x taxa de descarga... 21 22 22 23 2.6.2.3 Velocidade do fluxo x taxa de descarga... 2.7 COMPRIMENTOS CRÍTICOS DE DECLIVE OBTIDOS ATÉ O PRESENTE... 23 23 3 HIPÓTESES... 25 4 OBJETIVOS... 26 5 MATERIAL E MÉTODOS... 27 5.1 ÁREA EXPERIMENTAL... 27 5.2 ARRANJO EXPERIMENTAL... 27 5.3 UNIDADE EXPERIMENTAL... 28

5.4 SIMULADOR DE CHUVA E CHUVA SIMULADA... 29

5.5 FLUXO EXTRA DE ÁGUA NA EXTREMIDADE SUPERIOR DAS PARCELAS.. 30

5.6 CÂMARA COM VERTEDOR MEDIDOR DE VAZÃO... 31

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CULTURAL DE MILHO (Zea mays)... 32

5.7.1 Manejo da cultura e do resíduo... 32

5.7.2 Tratamentos... 33

5.8 EXPERIMENTO 2. TESTE DE CHUVA REALIZADO SOBRE O RESÍDUO CULTURAL DE TRIGO (Triticum aestivum)... 33

5.9 EXPERIMENTO 3. TESTE DE CHUVA REALIZADO SOBRE O RESÍDUO CULTURAL DE SOJA (Glycine max)... 36

5.10 REALIZAÇÃO DOS TESTES DE CHUVA SIMULADA... 38

5.11 CARACTERIZAÇÃO DO SOLO NAS UNIDADES EXPERIMENTAIS... 39

5.12 DETERMINAÇÕES ANTERIORES À APLICAÇÃO DAS CHUVAS... 39

5.12.1 Cobertura do solo por resíduos culturais... 39

5.12.2 Teor de água no solo... 39

5.13 DETERMINAÇÕES EFETUADAS EM FUNÇÃO DAS CHUVAS SIMULADAS DE 90 MINUTOS CADA UMA... 41

5.13.1 Taxa instantânea de enxurrada... 41

5.13.2 Intensidade e quantidade real das chuvas... 41

5.13.3 Taxa constante de enxurrada... 42

5.14 DETERMINAÇÕES EFETUADAS EM FUNÇÃO DA ADIÇÃO DOS FLUXOS EXTRAS DE ÁGUA... 42

5.14.1 Taxa de enxurrada... 43

5.14.2 Concentração de sedimentos na enxurrada... 43

5.14.3 Velocidade da enxurrada... 43

5.14.4 Taxa média de erosão... 43

5.14.5 Taxa de descarga no ponto médio da parcela experimental... 44

5.14.6 Comprimento equivalente de declive... 44

5.14.7 Tensão crítica de cisalhamento... 44

5.14.8 Análise estatística... 45

6 RESULTADOS E DISCUSSÃO... 46

6.1 COBERTURA DO SOLO POR RESÍDUOS CULTURAIS (CR)... 46

6.2 TEOR DE ÁGUA NO SOLO ANTECEDENTE ÀS CHUVAS... 47

6.3 TAXA CONSTANTE DE ENXURRADA (qc) DA CHUVA SIMULADA SEM OS FLUXOS EXTRAS DE ÁGUA... 48

6.4 NÍVEIS DE FLUXO EXTRA DE ÁGUA ADICIONADOS NAS UNIDADES EXPERIMENTAIS... 50

(15)

6.5 COMPRIMENTOS EQUIVALENTES DE DECLIVE... 53

6.6 IDENTIFICAÇÃO VISUAL DA FALHA DOS RESÍDUOS CULTURAIS PELO CRITÉRIO DA OBSERVAÇÃO VISUAL EM CAMPO... 55

6.7 IDENTIFICAÇÃO DA FALHA DOS RESÍDUOS CULTURAIS POR MEIO DAS RELAÇÕES TEÓRICAS DE EROSÃO... 62

6.7.1 Relação da taxa de erosão (Dp) com a taxa de descarga da enxurrada (qm)... 62

6.7.2 Relação da concentração de sedimentos na enxurrada (C) com a taxa de descarga da enxurrada (qm)... 71

6.7.3 Relação da velocidade de enxurrada (V) com a taxa de descarga da enxurrada (qm)... 75

6.8 COMPRIMENTOS CRÍTICOS DE DECLIVE... 83

6.9 TENSÃO CRÍTICA DE CISALHAMENTO... 85

7 CONCLUSÕES... 88

8 RECOMENDAÇÕES... 89

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 90

(16)

1 INTRODUÇÃO

Nos últimos anos aumentou a área cultivada sob preparos conservacionistas de solo no Brasil, em especial a semeadura direta, a qual é conduzida sem o revolvimento do solo e com a presença de resíduos culturais na superfície. Além disso, se disseminou a idéia entre agricultores e técnicos de campo de que a semeadura direta, por si só, controla eficazmente a erosão hídrica pluvial. Com isso, práticas conservacionistas complementares de controle da erosão foram abandonadas, resultando na eliminação indiscriminada de terraços agrícolas e induzindo o cultivo do solo e as operações de manejo na direção do maior comprimento da gleba, coincidente, muitas vezes, com o sentido da pendente do terreno.

Observa-se, tanto cientificamente quanto empiricamente que, com relativa frequência, ocorre erosão hídrica em áreas sob semeadura direta, em grande magnitude, representando perdas econômicas, diminuição da capacidade produtiva das terras agrícolas e contaminação ambiental fora do local de origem da erosão. Isso decorre da ineficácia desse sistema de manejo do solo em controlar a erosão em determinadas situações, adequadamente. A cobertura do solo é eficaz na proteção do mesmo contra a energia erosiva das gotas da chuva, mas não apresenta a mesma eficácia contra a energia da enxurrada. Os solos possuem capacidade de infiltração de água limitada, a qual pode ser superada em eventos de chuva de elevado volume ou erosividade, o que acaba gerando escoamento superficial, independentemente do tipo de manejo adotado nas lavouras. A enxurrada, combinada com longos comprimentos de rampa e declives acentuados, adquire energia suficiente para causar grande erosão; nesses casos, a ausência de práticas conservacionistas complementares na semeadura direta contribui muito para que isso ocorra. Além disso, nessa técnica de semeadura podem ocorrer situações de baixas quantidades de resíduos culturais na superfície do solo, contribuindo ainda mais para a sua ineficácia no controle da erosão.

Baseado no exposto, verifica-se a importância de se obter comprimentos críticos de declive em semeadura direta, visando identificar as situações em que eles ocorrem, de modo a poder melhorar a relação do fator C da Equação Universal de Perda de Solo (USLE) e da Equação Universal de Perda de Solo Revisada (RUSLE) de predição da erosão hídrica, para

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as situações onde ocorre a falha dos resíduos culturais. Além do mais, torna-se necessário averiguar a necessidade ou não de práticas complementares de controle de erosão no sistema de semeadura direta sempre que ocorre o aumento do fator C devido à perda relativa de eficácia dos resíduos no controle da erosão. As práticas complementares são o cultivo em contorno e o terraceamento agrícola, as quais foram esquecidas pelos agricultores e profissionais de campo no Brasil.

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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 A EROSÃO HÍDRICA PLUVIAL DO SOLO

A causa fundamental da erosão hídrica pluvial é a ação da chuva sobre o solo, sendo que a energia empregada no processo provém das gotas de chuva e do escoamento superficial a ela associado (WISCHMEIER & SMITH, 1958; HUDSON, 1995). Quanto à magnitude da erosão, a mesma é afetada pelos fatores chuva, solo, relevo, cobertura e manejo e práticas de conservação do solo (WISCHMEIER & SMITH, 1978).

O processo erosivo ocorre em três fases: desagregação, causada principalmente pelo impacto das gotas de chuva, mas também pela energia cisalhante da enxurrada; transporte, pelo salpicamento das partículas de solo devido ao impacto das gotas de chuva e, principalmente, pela energia do escoamento superficial; e deposição, quando a carga de sedimentos na enxurrada excede a capacidade de transporte do fluxo (ELLISON, 1947; FOSTER & MEYER, 1977; FOSTER, 1982).

Dependendo do agente erosivo e das condições superficiais do solo, a erosão pode ocorrer entre sulcos ou em sulcos (ELLISON, 1947). Na erosão entre sulcos, as partículas de solo são desagregadas pelo impacto das gotas de chuva, e o transporte se deve ao salpicamento provocado pelas gotas combinado ao fluxo laminar turbulento da enxurrada. Na erosão em sulcos, o escoamento superficial concentrado é o responsável tanto pela desagregação quanto pelo transporte (MEYER et al., 1975; FOSTER, 1982). No entanto, as gotas de chuva e a enxurrada, isoladas, são agentes completos que causam erosão, pois, ambos, desagregam e transportam sedimentos.

2.2 INFLUÊNCIA DA COBERTURA DO SOLO POR RESÍDUOS CULTURAIS NA EROSÃO HÍDRICA

A cobertura do solo pelos resíduos culturais é o fator isolado mais importante na redução da erosão hídrica (FOSTER, 1982). O seu efeito depende do tipo, quantidade, porcentagem de cobertura, manejo e estágio de decomposição (COGO, 1981).

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Os resíduos vegetais dissipam a energia cinética do impacto das gotas de chuva sobre o solo (WISCHMEIER & SMITH, 1978), evitando o processo de desagregação e formação do selamento superficial (DULEY, 1939). Com isso, o aumento da cobertura reduz a área exposta da superfície do solo ao impacto das gotas (LOPES et al., 1987; DA SILVA et al., 2006), aumentando a infiltração de água e reduzindo a enxurrada e a erosão hídrica (MANNERING & MEYER, 1963; SCHICK et al., 2000; SILVA et al., 2005). Ela também atua como importante obstáculo ao movimento da enxurrada, reduzindo a velocidade e dissipando parte da energia do fluxo, diminuindo sua capacidade de transporte (WISCHMEIER & SMITH, 1978). Pelo fato de os resíduos culturais atuarem sobre os dois agentes ativos da erosão hídrica, ou seja, as gotas de chuva e o escoamento superficial, a maior cobertura do solo reduz a erosão entre sulcos e em sulcos (COGO et al., 1996). Outro papel importante dos resíduos é o aprisionamento de parte das partículas de solo desagregadas por entre suas peças, causando deposição dos sedimentos dentro da própria lavoura, reduzindo a remoção para fora da área (LOPES et al., 1987).

2.3 INFLUÊNCIA DA DIREÇÃO DO CULTIVO DAS CULTURAS NA EROSÃO HÍDRICA

A direção do cultivo das culturas influencia o comportamento do escoamento superficial e da erosão hídrica (LUCIANO et al., 2009; BARBOSA et al., 2010). O cultivo em contorno é uma importante prática de controle da erosão, sendo usado geralmente em conjunto com outras práticas conservacionistas de solo, como o terraceamento agrícola (VAN DOREN et al., 1950; BERTOL et al., 2000). Nessa prática, as operações de preparo, semeadura e cultivo, são feitas no sentido contrário ao declive, seguindo curvas de nível (PIRES & SOUZA, 2003; BERTONI & LOMBARDI NETO, 2010). Com isso, as fileiras de plantas, os restos culturais e os pequenos sulcos formados pela semeadora, opostos ao declive, formam obstáculos ao percurso da enxurrada, reduzindo a velocidade e a quantidade de fluxo que escoa na superfície, diminuindo a erosão hídrica (QUINTON & CATT, 2004; DENARDIN et al., 2005; LUCIANO et al., 2009; BERTONI & LOMBARDI NETO, 2010). Além do mais, os colmos das plantas em fileiras aprisionam parte dos sedimentos mais grosseiros da enxurrada e as microondulações do terreno promovem sedimentação de partículas em suspensão na água de escoamento para dentro das microdepressões do relevo e, com isso, reduzem a concentração e o tamanho de sedimentos na enxurrada (LUCIANO et al., 2009; BARBOSA et al., 2010).

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Quando o cultivo é realizado no sentido da pendente do terreno, o escoamento superficial é facilitado em relação ao cultivo em contorno. Os sulcos deixados pela semeadora e as linhas das culturas, dispostas a favor do declive, canalizam a água da enxurrada e esta, com maior energia, desagrega e transporta maior quantidade de sedimentos (PIREZ & SOUZA, 2003). O cultivo em contorno pode reduzir em 50% as perdas de solo e em 30% as de água, em relação à pendente (LUCIANO et al., 2009; BERTONI & LOMBARDI NETO, 2010). A efetividade do contorno diminui dos solos argilosos para os arenosos, das culturas mais densas para as menos densas e à medida que aumenta a declividade do terreno (PIRES & SOUZA, 2003). Wischmeier & Smith (1978) propuseram coeficientes de redução de perdas de solo do cultivo em contorno em relação ao cultivo na pendente variando de 0,5 a 0,9, dependendo da declividade do terreno e do comprimento da rampa, para preparos do solo com arado e grade. Por isso, dentro de cada classe de declividade, os autores estabeleceram limites de comprimento de rampa variando de 15 a 122 m, a partir dos quais os coeficientes de redução das perdas de solo pelo contorno não seriam mais válidos para sistema convencional de manejo do solo.

2.4 A SEMEADURA DIRETA E A EROSÃO HÍDRICA

No sistema de semeadura direta o método de semeadura é realizado sem preparo de solo, preservando a quase totalidade dos resíduos vegetais em sua superfície na maioria das vezes, reduzindo a erosão hídrica em relação aos preparos convencionais com intenso revolvimento de solo (SCHICK et al., 2000; COGO et al., 2003). Nesse método, para a implantação das culturas, a operação de semeadura é efetuada sem o preparo prévio do solo, resultando em menor mobilização entre todos os sistemas de manejo de solo conhecidos e, consequentemente, em maior quantidade de resíduos culturais mantidos na superfície (AMARAL et al., 2008). Pela ausência de revolvimento, este sistema apresenta os mais baixos índices de rugosidade e os mais altos graus de consolidação da superfície do solo (COGO, 1981; BERTOL, 1995), sendo que, ao longo do tempo, aumentam-se a densidade do solo e a estabilidade de agregados na superfície (COSTA et al., 2003), o que aumenta a resistência do solo ao sulcamento e à erosão hídrica (BERTOL et al., 1997a).

2.5 REDUÇÃO DA EFICÁCIA RELATIVA DOS RESÍDUOS CULTURAIS NO CONTROLE DA EROSÃO HÍDRICA

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O controle da erosão hídrica pluvial do solo pelos métodos de preparo do solo conservacionista depende da eficiência dos resíduos culturais em proteger a superfície do solo, dentre outros fatores (BERTOL & COGO, 1996). Esses resíduos têm sua eficácia reduzida no controle da erosão quando transportados pela enxurrada, ou quando a enxurrada, mesmo sem remover o resíduo, erode o solo por baixo do mesmo (WISCHMEIER, 1973). A esse fenômeno se denomina falha do resíduo (FOSTER et al., 1982a). No momento em que ocorre a falha, a tensão cisalhante total do fluxo superficial supera a resistência oferecida pelos resíduos culturais e passa a deslocá-los e/ou supera a resistência oferecida pelo solo, aumentando a erosão em sulcos. A força total de arraste da enxurrada, que atua de forma cisalhante na superfície do solo (tensão cisalhante da enxurrada), é dependente do peso específico da enxurrada, do raio hidráulico do escoamento e da declividade do terreno, enquanto que a tensão crítica de cisalhamento representa a tensão máxima do fluxo superficial a qual o solo ou o resíduo podem suportar, sem que haja o fenômeno da falha (FOSTER et al., 1982b).

Embora a semeadura direta reduza a erosão hídrica, as perdas de água são menos afetadas do que as perdas de solo. Isso ocorre pelo fato de o solo possuir um limite de capacidade de infiltração e de armazenamento de água. Ultrapassado o limite, a água escoa sobre o terreno e as diferenças entre os tipos de manejo são reduzidas (KOHNKE, 1968). Por este motivo, combinado a situações especiais, como ocorrência de chuvas críticas em longos comprimentos de rampa e declives acentuados, a enxurrada adquire energia suficiente para remover o resíduo e sulcar o solo, reduzindo a eficácia da cobertura por resíduos no controle da erosão em semeadura direta (FOSTER et al., 1982a, b; DENARDIN et al., 2005). O acúmulo do escoamento ao longo da rampa faz aumentar o volume e a velocidade da enxurrada, o que aumenta a energia do escoamento superficial (WISCHMEIER & SMITH, 1978; BERTOL, 1995; BERTONI & LOMBARDI NETO, 2010). O aumento na declividade do terreno também proporciona maiores volume e velocidade de enxurrada, por reduzir o tempo para infiltração, pelo efeito da gravidade (DULEY & HAYS, 1939; D’AGOSTINI, 1999), e reduzir a capacidade de armazenamento superficial (HUGGINS, 1979).

O local no terreno onde ocorre a falha do resíduo cultural define o comprimento crítico de declive, o qual estabelece a distância no terreno desde o início da enxurrada até o ponto na superfície do solo onde ocorre a perda parcial da eficácia relativa do resíduo em reduzir a erosão hídrica (WISCHMEIER, 1973; FOSTER et al., 1982a, b). Em função da perda de eficácia dos resíduos em diminuir a erosão, os valores para o fator C (cobertura e manejo do solo), utilizados na Equação Universal de Perda do Solo - USLE (WISCHMEIER & SMITH,

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1978) e na Equação Universal de Perda do Solo Revisada - RUSLE (RENARD et al., 1997), não são mais válidos a partir do comprimento crítico de declive (WISCHMEIER, 1973), devido ao aumento do fator C. A predição do fator C destes modelos é afetada ainda pelo aumento do valor do expoente do fator L (comprimento do declive), também devido ao aumento da erosão em sulcos em relação à erosão em entre sulcos quando ocorre a falha do resíduo (FOSTER et al., 1982a).

Estudos com comprimentos críticos de declive para determinadas condições de manejo de solo podem ser utilizados como referência para auxiliar na definição do espaçamento entre terraços em semeadura direta (BERTOL & COGO, 1996). Durante longo tempo, o terraço agrícola foi adotado como principal prática de conservação de solo em preparos convencionais, caracterizados por elevada compactação e baixa porosidade logo abaixo da camada preparada e ausência de cobertura superficial, o que resultava em baixa infiltração e elevada enxurrada. Nesse tipo de preparo, foram estabelecidos espaçamentos entre terraços baseados em fórmulas empíricas, que levavam em conta principalmente a declividade do terreno e o tipo de solo. Terraços dimensionados a partir desses espaçamentos muitas vezes não eram suficientes para determinadas condições de declive, solo, chuva, cultura e manejo do solo, sendo ineficazes, principalmente, pela excessiva degradação das propriedades físicas do solo, as quais regulam a hidráulica do fluxo superficial (FOSTER, 1982). O surgimento da semeadura direta, que preserva os resíduos culturais na superfície e reduz a degradação das propriedades físicas do solo, embora reduza a rugosidade superficial, modificou esse panorama. Esse método melhora a infiltração de água no solo e diminui a enxurrada e, ainda, reduz substancialmente a área de solo exposta ao impacto das gotas de chuva em relação ao preparo convencional. Também se aumentam os tempos de início e de pico e diminui o volume e a velocidade da enxurrada, decorrente do aumento da infiltração de água no solo, em relação ao preparo convencional (COGO, 1981; BERTOL, 1995; MORAIS, 1999). A deficiência de dados quantitativos sobre o fenômeno da falha dos resíduos revela a necessidade de se detectarem comprimentos críticos de declive para as diferentes formas de condução e manejo do sistema de semeadura direta.

Na semeadura direta, apesar da baixa rugosidade superficial, a mesma possibilita o ancoramento dos resíduos vegetais nas soqueiras das culturas e, ainda, apresenta elevada consolidação da superfície (DISSMEIER & FOSTER, 1981). Devido aos resíduos ancorados e à compactação superficial, neste sistema de manejo ocorre maior comprimento crítico de declive do que no sistema de manejo convencional do solo (BERTOL & COGO, 1996). A semeadura direta pode ainda incorporar parcialmente (ancorar) os resíduos culturais na

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camada superficial do solo por ocasião da operação de semeadura (BERTOL et al., 1997b). Resíduos semi-incorporados e ancorados na superfície controlam a erosão hídrica mais eficazmente do que resíduos não incorporados e soltos na superfície (FOSTER et al., 1982a), pois dificultam a flutuação do resíduo no fluxo de água e, por isso, aumentam a tensão de cisalhamento necessária para que o fluxo remova o resíduo (FOSTER, 1982; FOSTER et al., 1982a). No entanto, o aumento da suscetibilidade do solo à erosão em sulcos, como resultado da semeadura na direção da pendente do terreno, na semeadura direta, pode reduzir os benefícios proporcionados pelo ancoramento (incorporação parcial) do resíduo, no que se refere à dificuldade de sua remoção superficial. Isso pode ocorrer porque parte da superfície fica descoberta, mobilizada e exposta à energia cisalhante da chuva e enxurrada e porque os sulcos ficam direcionados à pendente.

A diminuição da rugosidade superficial e o aumento da quantidade de resíduos culturais e da compactação da superfície do solo tendem a acentuar-se à medida que aumenta o tempo de condução do sistema de semeadura direta. O aumento da biomassa na superfície do solo aumenta a tensão de cisalhamento da enxurrada necessária para promover a remoção do resíduo (FOSTER et al., 1982b), o que tende a aumentar o comprimento crítico do declive. Esta mesma tendência pode ocorrer com o aumento da compactação da superfície do solo, exigindo maior energia de cisalhamento da enxurrada para sulcar o solo (FOSTER, 1982). No entanto, como a superfície do solo apresenta-se menos rugosa na semeadura direta (COGO, 1981; BERTOL, 1995), esta pode oferecer menor resistência à mobilização do resíduo pela energia da enxurrada, quando comparada a superfícies mais rugosas de outros preparos conservacionista de solo.

2.6 DETECÇÃO DA FALHA DOS RESÍDUOS CULTURAIS

A detecção do ponto no terreno onde ocorre a falha do resíduo, determinando o comprimento crítico de declive, pode ser feita por meio de duas formas, sendo elas a observação visual em campo e a análise de relações teóricas com base em teoria de erosão (FOSTER et al., 1982a).

2.6.1 Observação visual em campo

Segundo Foster et al. (1982a), a observação visual da falha dos resíduos no campo pode ocorrer por três formas:

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a) Remoção de resíduo peça por peça ao longo do declive, o que geralmente acontece quando a quantidade de resíduo na superfície é pequena.

b) Remoção em massa, quando a quantidade de resíduo é maior. Neste caso, o resíduo flutua na água de escoamento superficial e é deslocado em blocos, podendo ficar amontoados em posições inferiores no declive.

c) Em solos suscetíveis ao sulcamento, o fluxo escoa e erode o solo por baixo do resíduo, mesmo que ele não seja removido.

No entanto, a escolha do comprimento crítico de declive pelo critério da falha visual a campo é subjetiva e, por isso, o mesmo pode ser determinado, com maior segurança, examinando relações teóricas baseadas em teoria de erosão, obtidas em experimentos.

2.6.2 Relações teóricas de erosão

Da teoria de erosão, analisam-se as relações entre taxa de erosão e taxa de descarga, entre concentração de sedimentos na enxurrada e taxa de descarga e entre velocidade do fluxo e taxa de descarga (FOSTER et al., 1982a).

2.6.2.1 Taxa de erosão x taxa de descarga

A taxa de erosão (D) é dependente dos coeficientes de erodibilidade do solo em sulcos (Ks) e em entre sulcos (Ke), dos fatores cobertura e manejo do solo em sulcos (Cs) e em entre

sulcos (Ce), da taxa de enxurrada (q), do comprimento do declive (X) e da intensidade da

chuva (i), expressa pela equação:

D = (Ks Cs q X) + (Ke Ce i2) [1]

Da equação da continuidade, obtém-se a carga de sedimentos (G) para erosão em condições de estado de equilíbrio da enxurrada, pela equação:

G = ⌠D dx [2]

Com isso, a produção de sedimentos numa parcela experimental (Gp) pode ser obtida

pela equação:

Gp = ∆X (Ks Cs qm + Ke Ce i2); [3]

Onde qm é a taxa de enxurrada no centro da parcela.

A taxa de erosão média da parcela (Dp) é obtida pela equação:

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Assumindo-se que Ks, Ke, Cs, Ce e i são independentes de qm,Dp varia linearmente

com qm e, então, obtem-se a equação:

Dp = Ks Cs qm + C2; logo: C2 = Ke Ce i2 [5]

Com isso, C2 é o coeficiente linear e o termo Ks Cs o coeficiente angular da reta

resultante da relação entre Dp e qm.

Dessa forma, a declividade da reta que relaciona Dp x qm é expressa pela equação:

∆Dp / ∆qm = Ks Cs [6]

Quando ocorre a falha do resíduo o fator Cs aumenta, aumentando a declividade da

reta resultante de Dp x qm. No entanto, nem sempre ocorre uma mudança abrupta na

declividade dessa reta.

2.6.2.2 Concentração de sedimentos na enxurrada x taxa de descarga

A segunda indicação de falha do resíduo é dada pela relação entre concentração de sedimentos na enxurrada (C) e taxa de descarga (qm), expressa pela equação:

C = Ks Cs + C2 / qm [7]

Até o momento de falha do resíduo, a concentração de sedimentos (C) decresce com o aumento da taxa de descarga (qm). Quando a falha ocorre, Cs aumenta, aumentando também

C.

2.6.2.3 Velocidade do fluxo x taxa de descarga

A terceira indicação de falha do resíduo é a mudança de declividade da curva que representa a relação velocidade do fluxo (V) e taxa de descarga (qm), expressa pela relação:

V = a qmb sd [8]

Onde a é um coeficiente que depende da rugosidade hidráulica; b é o expoente que representa o coeficiente angular da reta relacionando log V e log qm; d é o expoente que está

em função da declividade do terreno; e s é o seno do ângulo do declive. Quando a falha ocorre, aumenta a declividade da curva V x qm, devido à mudança no expoente b e/ou a

mudança do coeficiente a.

2.7 COMPRIMENTOS CRÍTICOS DE DECLIVE OBTIDOS ATÉ O PRESENTE

Para a obtenção de comprimentos críticos de declive são realizados experimentos a campo, utilizando parcelas experimentais. Com o uso de simuladores de chuva, são aplicadas

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chuvas simuladas com intensidade controlada e são adicionados fluxos extras de água limpa na extremidade superior das parcelas, para simular comprimentos de declive maiores que o da parcela. A simulação de aumentos de comprimentos de rampa em parcelas de erosão, por esta forma, foi sugerida por Swanson & Dedrick (1966).

Em trabalhos realizados no exterior com métodos de preparo conservacionista, Laflen et al. (1978), testando comprimentos de declive de até 50 m, não observaram comprimentos críticos de declive. Cogo (1981) simulando comprimento de até 135 m, em semeadura direta e escarificação com resíduos ancorados de trigo, não observou a falha de resíduos. Foster et al. (1982a), no entanto, observaram falha nos resíduos variando de 45 a 200 m, em solos não suscetíveis ao sulcamento, e de 40 a 150 m em solos suscetíveis ao sulcamento, utilizando colmos de milho e resíduos de trigo soltos na superfície do solo, sem ancoramento. Dos trabalhos realizados no Brasil, Bertol (1995) encontrou limites de comprimento crítico de declive para a semeadura direta e escarificação, variando de 328 a 483 m e de 147 a 209 m, sobre os resíduos de milho, respectivamente, e de 157 a 272 m e de 143 a 267 m quando cobertos pelos resíduos de trigo + milho. Na semeadura direta coberta por resíduo de trigo fresco e por resíduos de trigo + milho 140 dias após a colheita do trigo em superfície semeada, o referido autor encontrou que tais comprimentos foram, respectivamente, de 106 a 143 m e de 87 a 174 m, em um Argissolo Vermelho Amarelo com declividade de 0,066 m m

-1

. Morais (1999), no mesmo solo, trabalhando sobre os resíduos de milho, soja e aveia-preta em semeadura direta com 0,105 m m-1 de declividade, observou a falha variando nos limites de 20 a 109 m sobre resíduos de soja, de 99 a 110 m sobre resíduos da aveia preta e de 107 a 164 m sobre resíduos de milho, sendo que o comprimento crítico de declive variou com o tipo, quantidade e forma de manejo dos resíduos culturais. O referido autor também concluiu que a observação visual a campo e a relação teórica taxa de erosão x taxa de descarga foram os melhores indicadores da falha dos resíduos. Amaral (2010), estudando comprimentos críticos de declive em semeadura direta, com e sem uso de hastes sulcadoras acopladas à semeadora sobre diferentes doses de resíduo cultural de milho em um Nitossolo Bruno, com declividade de 0,160 m m-1, constatou a existência da falha do resíduo pelo critério da observação visual a campo, sendo que apenas em um dos tratamentos a falha foi detectada por teoria de erosão. A falha ocorreu nos intervalos de 171 a 456 m e de 64 a 118 m, com e sem hastes sulcadoras, respectivamente, não encontrando uma tendência definida quanto às doses do resíduo de milho.

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3 HIPÓTESES

1. Na semeadura direta, com longo tempo de condução, ocorre a falha dos resíduos culturais, caracterizando o comprimento crítico de declive, independentemente da direção de semeadura, tipo e dose de resíduos culturais.

2. O ponto de falha dos resíduos culturais pode ser detectado tanto pela observação visual em campo quanto pelas relações teóricas de erosão.

3. A direção de semeadura no sentido transversal ao declive (em contorno) aumenta o comprimento crítico de declive e a tensão crítica de cisalhamento para o solo e/ou para o resíduo em comparação com a semeadura paralela ao declive (na pendente).

4. Para o mesmo tipo de resíduo, a maior quantidade na superfície do solo aumenta o comprimento crítico de declive e a tensão crítica de cisalhamento em comparação com a menor quantidade.

5. O tipo de resíduo e a operação de semeadura interagem para modificar o comprimento crítico de declive e a tensão crítica de cisalhamento.

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4 OBJETIVOS

Averiguar a existência de comprimentos críticos de declive e obter a tensão crítica de cisalhamento no sistema de semeadura direta, em que a operação de semeadura foi realizada nas direções paralela (na pendente) e transversal (em contorno) ao declive, usando os resíduos vegetais de milho, trigo e soja, nas quantidades de 50% e 100% do total produzido, para cada um deles.

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5 MATERIAL E MÉTODOS

5.1 ÁREA EXPERIMENTAL

A pesquisa foi realizada sob condições de chuva simulada, no Centro de Educação Profissionalizante - CEDUP do Colégio Agrícola Caetano Costa, em São José do Cerrito, SC, na região do Planalto Sul Catarinense, entre maio de 2009 e maio de 2011. As coordenadas do local são de 27’ latitude Sul e 50’ longitude Oeste de Greenwich, com altitude de 800 m. O clima é do tipo Cfb (subtropical úmido, chuvoso e com verões frescos), segundo a classificação de Köppen. O relevo do local é ondulado a fortemente ondulado. O solo é um Nitossolo Bruno aluminoférrico húmico (EMBRAPA, 2006), de classe textural muito argiloso, cuja composição granulométrica média da camada superficial de 0-0,05 m de solo é de 62% de argila, 10% de silte e 28% de areia, com teor de carbono orgânico de 25 g kg-1.

Antes da implantação do experimento, a área encontrava-se sob uso agrícola, sendo cultivada há cinco anos em semeadura direta, sendo que, anteriormente a esse período, foi cultivada sob preparo convencional do solo. As culturas utilizadas no local, antecedente ao experimento, foram o feijão, o milho e a soja, durante o verão, e a aveia, a ervilhaca e o pousio com predomínio de azevém, durante o inverno. Em maio de 2009, para dar início à preparação da área para o experimento, foi semeada aveia em consórcio com ervilhaca sobre os resíduos culturais de feijão, com o intuito de aumentar o tempo de condução da semeadura direta antes do cultivo do milho, o qual era de interesse para fins da tese. Com isso, na época de realização do primeiro teste de chuva (experimento 1), realizado sobre os resíduos culturais do milho, a área estava a seis anos sendo cultivada sob semeadura direta.

5.2 ARRANJO EXPERIMENTAL

Na área experimental, os tratamentos foram distribuídos ao acaso, seguindo o delineamento inteiramente casualizado. Adotou-se um esquema fatorial 2x2, onde foram testadas duas direções de semeadura e duas doses de resíduo cultural, em duas repetições, totalizando oito unidades experimentais. O estudo foi dividido em três experimentos, sendo

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cada um realizado em épocas diferentes e composto por um tipo específico de resíduo cultural. No primeiro experimento foi testado o resíduo de milho, no segundo, o resíduo de trigo e, no terceiro, o resíduo de soja. O sorteio dos tratamentos nas unidades experimentais foi realizado uma única vez, antes da implantação do primeiro experimento. Com isso, em cada parcela, obedeceu-se a mesma direção de semeadura e dose de resíduo nos três experimentos. Isso foi adotado para evitar o confundimento na interpretação dos resultados, o que poderia acontecer com a modificação na dose de resíduo e na direção de semeadura dos experimentos anteriores, para cada parcela, se assim se procedesse.

5.3 UNIDADE EXPERIMENTAL

A unidade experimental tinha dimensões de 3,5 m de largura e 11 m de comprimento, conforme recomendações do IAPAR (1975), sendo delimitada nas laterais e extremidade superior por chapas galvanizadas com 0,2 m de altura, cravadas a 0,1 m de profundidade no solo. A extremidade inferior era delimitada por uma calha coletora de escoamento, a qual estava conectada a uma tubulação de PVC de 150 mm de diâmetro que permitia a condução do fluxo até uma câmara com vertedor medidor de vazão, situada 4,5 m abaixo (Figura 1). Para a instalação das unidades experimentais foram demarcadas curvas de nível no local, uma na extremidade superior e outra na inferior, com auxílio de um nível de precisão, com o objetivo de melhor alocar as parcelas e direcioná-las, em seu comprimento, para o sentido do declive do terreno e, com isso, impedir que ocorressem inclinações laterais no terreno compreendido em cada uma delas. A declividade média das parcelas era de 0,144 m m-1, com variação de 0,135 a 0,151 m m-1 entre uma parcela e outra.

Figura 1 - a) Unidade experimental delimitada nas laterais e parte superior por chapas galvanizadas e na parte inferior por calha coletora de escoamento; b) vista do simulador de chuvas operando sobre duas unidades experimentais. Na mesma figura, observa-se a calha coletora de enxurrada conectada ao tubo de PVC que conduzia o fluxo até a câmara com vertedor alocado na trincheira.

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A calha coletora de enxurrada apresentava 0,2 m de altura e, por isso, a primeira chapa galvanizada cravada logo após a calha, em ambos os lados da parcela, apresentava dimensão diferenciada das demais, ou seja, largura de 0,30 m cravada 0,10 m no solo. Isso foi adotado, para evitar que a lâmina de escoamento ao final das parcelas, decorrente da adição dos fluxos extras de água, extravasasse por cima da chapa ou da calha. Entre a calha e a chapa foi feita a impermeabilização com uso de espuma expansiva, para evitar perda de água da enxurrada por aquele espaço.

5.4 SIMULADOR DE CHUVA E CHUVA SIMULADA

Para a realização das chuvas simuladas, utilizou-se um aparelho simulador de chuva de braços rotativos (SWANSON, 1965) que cobria simultaneamente duas unidades experimentais, distanciadas entre si em 3,5 m (Figura 2a). O aparelho era composto por 10 braços de 7,5 m de comprimento, distribuídos radialmente em uma torre central. A área total de abrangência do simulador era de 200 m2. Nos braços havia 30 bicos distribuídos de forma helicoidal, formando uma espiral concêntrica, sendo que para a realização das chuvas foram usados 15 bicos abertos. Os bicos aspersores usados para produzir a chuva artificial eram do tipo VEEJET 80/100 (MEYER & McCUNE, 1958).

Figura 2 - a) Vista lateral do simulador de chuvas de braços rotativos tipo Swanson; b) controle da intensidade de chuva realizado por meio de registro e manômetro localizados próximo a entrada de água no simulador.

Sobre os tratamentos foi aplicada chuva simulada com duração de 90 min e intensidade constante planejada de 65 mm h-1. A intensidade das chuvas foi controlada por meio de um manômetro, localizado a aproximadamente 6 m da entrada de água do simulador, operando com pressão de 12,3 psi (0,87 kgf cm-2). O ajuste da pressão necessário para se conseguir a intensidade de chuva planejada foi realizado manualmente, abrindo ou fechando o

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registro localizado na tubulação próxima ao aparelho simulador de chuva (Figura 2b). A fonte de água era proveniente de um rio próximo ao local, onde a água era captada por um conjunto motobomba e conduzida até o simulador por meio de tubulação de PVC de encaixe rápido, de 75 mm de diâmetro.

A chuva de 90 min tinha como propósito obter a taxa constante de enxurrada, para com isso ser possível simular comprimentos de declive maiores que o segmento de 11 m das unidades experimentais, por meio da adição de fluxos extras de água limpa na cabeceira das parcelas.

5.5 FLUXO EXTRA DE ÁGUA NA EXTREMIDADE SUPERIOR DAS PARCELAS

Imediatamente após os 90 min de chuva simulada, sem interrupção e mantendo-se o simulador de chuvas funcionando com a mesma intensidade de precipitação, foram adicionados simultaneamente fluxos extras de água limpa (isenta de sólidos) na extremidade superior das parcelas. Para o experimento 1 foram planejados 6 níveis de fluxo extra: 0,3; 0,6; 0,9; 1,2; 1,5; e 3,0 m3 s-1 m-1 x 10-3 (lê-se: metro cúbico por segundo por metro de largura da parcela). Com o intuito de reduzir o intervalo entre os últimos níveis de fluxo extra, nos experimentos 2 e 3 foram realizados 7 níveis de fluxo extra: 0,3; 0,6; 0,9; 1,2; 1,5; 2,2 e 3,0 m3 s-1 m-1 x 10-3. Os fluxos extras de água, aplicados de forma crescente, tiveram duração de 9 min cada um, com a finalidade de simular comprimentos progressivamente mais longos do que o da unidade experimental (11 m), seguindo metodologia de Swanson & Dedrick (1966).

Para adicionar os fluxos foi utilizada uma segunda linha de tubos de PVC de encaixe rápido (75 mm de diâmetro) e um segundo conjunto moto-bomba. Um tubo de derivação tipo “T”, acoplado à linha, direcionava o fluxo para duas parcelas ao mesmo tempo. Em cada parcela, a entrada de água ocorria por um tubo de 3,5 m de comprimento, contendo 67 orifícios de diâmetro de 10 mm e espaçamento central entre eles de 50 mm (Figura 3a). Para reduzir a pressão da água que entrava nas parcelas, o tubo foi revestido por outro tubo de PVC de 100 mm de diâmetro com o mesmo número e diâmetro de orifícios do tubo revestido. Além disso, a superfície do solo que recebia o jato de água dos orifícios foi protegida por uma chapa galvanizada. Isso fez com que a água, após sofrer impacto na superfície da chapa, entrasse na parcela por escoamento laminar. Por meio de dois registros, um em cada lado do tubo de derivação, regulava-se manualmente a vazão do fluxo de água nas parcelas (Figura 3b).

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Figura 3 - a) Fluxo extra de água adicionado na extremidade superior de uma parcela simulando comprimento de rampa maior; b) detalhe dos registros utilizados para controlar a entrada de água pelo fluxo extra nas parcelas experimentais. Na figura, também é possível observar os pluviômetros instalados para medição do volume e intensidade real das chuvas aplicadas, anterior à adição dos fluxos extras.

5.6 CÂMARA COM VERTEDOR MEDIDOR DE VAZÃO

A câmara com vertedor, utilizada para medição da enxurrada após a adição dos níveis de fluxo extra de água, é mostrada na figura 4. A câmara tinha dimensões de 1,6 m de comprimento, 0,4 m de largura e 0,4 m de altura, sendo que, na extremidade oposta ao vertedor, a câmara possuía altura de 0,7 m, para fins de amortecimento e redução da velocidade da enxurrada proveniente do tubo de PVC acoplado à parcela experimental. A câmara foi confeccionada com chapa galvanizada de 0,95 mm de espessura. O vertedor era triangular tipo Thompson (com ângulo de abertura de 90o).

Figura 4 - a) Câmara com vertedor triangular para medir vazão; b) piezômetro utilizado para realizar as leituras de vazão no vertedor.

A câmara e o vertedor foram dimensionados pelo professor Dr. Olívio José Soccol, do laboratório de Hidráulica, Irrigação e Drenagem, da Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC). A altura de leitura do vertedor era de até 0,18 m, o qual podia medir

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vazão de até 19,3 L s-1, a qual correspondia a 5,5 m3 s-1 m-1 x 10-3, sendo sua leitura feita em um piezômetro acoplado na lateral da câmara, a uma distância de 0,4 m do vertedor. Para o cálculo da vazão, utilizou-se a seguinte fórmula:

Q = 1,4 H5/2 [9]

Onde Q é a vazão no vertedor (m3 s-1) e H é a altura da lâmina de água no triângulo do vertedor, medido no piezômetro (m).

5.7 EXPERIMENTO 1. TESTE DE CHUVA REALIZADO SOBRE O RESÍDUO CULTURAL DE MILHO (Zea mays)

5.7.1 Manejo da cultura e do resíduo

Em outubro de 2009, sobre os resíduos do consórcio de aveia e ervilhaca, foi realizada a semeadura mecanizada de milho, respeitando a orientação de semeadura (em contorno e na pendente) conforme sorteio prévio dos tratamentos em cada parcela. O espaçamento da cultura entre linhas foi de 0,8 m, com deposição de cinco sementes por metro de linha de semeadura, resultando em estande de 62.500 plantas ha-1. A adubação foi feita conforme a recomendação para a cultura (CQFS RS/SC, 2004), sendo aplicados 400 kg ha-1 da formulação 05-25-25 (N-P2O5-K2O), incorporados na linha de semeadura. No estágio V5

(cinco folhas expandidas) de desenvolvimento da cultura foram aplicados 85 kg ha-1 de N na forma de uréia. Durante o ciclo do milho foram efetuados tratos culturais periódicos, para eliminação de plantas invasoras manualmente e quimicamente e para controle de pragas com inseticidas. Na primeira quinzena do mês de maio de 2010 foi realizada a colheita manual do milho. No entanto, as plantas de milho foram mantidas eretas, em pé, até próximo a data de realização do teste de chuva, para evitar que as mesmas, em contato com o solo, sofressem decomposição acelerada. No dia 23 de junho de 2010 foi realizado o corte dos colmos com o auxílio de um facão, deixando-se apenas as soqueiras da cultura, em altura de aproximadamente 0,07 m da superfície do solo, sendo o restante removido das unidades experimentais. Fora das parcelas, as plantas foram picadas em peças de 0,10 a 0,15 m de comprimento, para simular o processo de colheita realizado com colhedora. Para o retorno do resíduo nas unidades experimentais, o mesmo foi pesado e redistribuído, com o propósito de uniformização de sua quantidade nas parcelas, de acordo com a dose para cada uma. A produção de matéria seca do resíduo cultural de milho foi de 9.600 kg ha-1.

Após o manejo do resíduo e antes do teste de chuva foi realizada operação de semeadura mecanizada, sem o uso de sementes e adubos, com o propósito de deixar as marcas

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de preparo nas direções em contorno e na pendente, respeitando os tratamentos. A semeadora, própria para sementes de inverno, era composta por discos de corte desencontrados regulados para atuar em profundidade de 0,04 m e espaçamento entre linhas de 0,2 m (simulado para a cultura do trigo). Com isso, formaram-se marcas no sentido em contorno e na pendente, conforme o tratamento, além das soqueiras remanescentes da cultura do milho dispostas no mesmo sentido da operação de semeadura.

5.7.2 Tratamentos

Os tratamentos foram formados pela combinação de duas direções de semeadura direta e duas doses do resíduo cultural de milho (Figura 5), sendo descritos a seguir:

a) Semeadura direta no sentido transversal ao declive (em contorno) com todo o resíduo (9.600 kg ha-1) de milho produzido (C-M1/1), o que resultou em quatorze fileiras de soqueiras de colmos de milho e cinquenta e cinco sulcos de semeadura transversais ao declive, por parcela;

b) Semeadura direta no sentido transversal ao declive (em contorno) com metade do resíduo (4.800 kg ha-1) de milho produzido (C-M1/2), o que resultou em quatorze fileiras de soqueiras de colmos de milho e cinquenta e cinco sulcos de semeadura transversais ao declive, por parcela;

c) Semeadura direta no sentido paralelo ao declive (na pendente) com todo o resíduo (9.600 kg ha-1) de milho produzido (P-M1/1), o que resultou em cinco fileiras de soqueiras de colmos de milho e dezoito sulcos de semeadura paralelos ao declive, por parcela;

d) Semeadura direta no sentido paralelo ao declive (na pendente) com metade do resíduo (4.800 kg ha-1) de milho produzido (P-M1/2), o que resultou em cinco fileiras de soqueiras de colmos de milho e dezoito sulcos de semeadura paralelos ao declive, por parcela.

5.8 EXPERIMENTO 2. TESTE DE CHUVA REALIZADO SOBRE O RESÍDUO CULTURAL DE TRIGO (Triticum aestivum)

5.8.1 Manejo da cultura e do resíduo

Após o teste de chuva sobre o resíduo de milho foi realizada a correção dos sulcos formados nas unidades experimentais devido ao escoamento superficial da água, com o uso de enxada manual. No dia 29 de julho de 2010 foi realizada a semeadura do trigo, com uso de

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Figura 5 - Vista geral dos tratamentos referentes ao experimento 1, logo após a operação de semeadura mecanizada sem hastes sulcadoras, realizada sobre o resíduo cultural do milho. a) semeadura em contorno com 100% da dose de resíduo (C-M1/1); b) semeadura em contorno com 50% da dose de

resíduo (C-M1/2); c) semeadura na pendente com 100% da dose de resíduo (P-M1/1); d) semeadura na

pendente com 50% da dose de resíduo (P-M1/2).

semeadora mecanizada com discos desencontrados e espaçamento entre linhas de 0,2 m, nas direções em contorno e na pendente, conforme o tratamento. O número de sementes por metro de linha de semeadura foi de 75, resultando em estande de 3.750.000 plantas ha-1. Foram aplicados 300 kg ha-1 do adubo de formulação 07-30-15 (N-P2O5-K2O), incorporados na linha

de semeadura, conforme recomendação para a cultura (CQFS RS/SC, 2004). No início do estágio de perfilhamento do trigo foram aplicados 50 kg ha-1 de N na forma de uréia. Durante o ciclo da cultura foram realizados tratos culturais, como aplicação de herbicida, inseticida e fungicida, para o controle de invasoras, pragas e doenças, quando necessário.

No dia 22 de novembro de 2010, na fase final do florescimento e início de enchimento de grãos do trigo, realizou-se uma roçada, com roçadora costal, sendo o corte efetuado em duas etapas, ou seja, em duas alturas de corte, com o propósito de formar peças pequenas de resíduos, simulando uma colhedora. Foi deixada a soqueira da cultura em altura de aproximadamente 0,07 m da superfície do solo, e o restante do resíduo foi removido da superfície. Fora das parcelas, o resíduo foi pesado e redistribuído, conforme o tratamento (toda e metade da dose). A produção de matéria seca do resíduo de trigo foi de 3.600 kg ha-1.