BRUNO DE LIMA SANTORO
INDICADORES DE SUSTENTABILIDADE AMBIENTAL DE
ÁGUA E SOLO NA PRODUÇÃO DE CANA-DE-AÇÚCAR
IRRIGADA POR GOTEJAMENTO SUBSUPERFICIAL
CAMPINAS 2019
INDICADORES DE SUSTENTABILIDADE AMBIENTAL DE
ÁGUA E SOLO NA PRODUÇÃO DE CANA-DE-AÇÚCAR
IRRIGADA POR GOTEJAMENTO SUBSUPERFICIAL
Tese apresentada à Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Doutor em Engenharia Agrícola, na Área de Água e Solo.
Orientador: Prof. Dr. Edson Eiji Matsura
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELO ALUNO BRUNO DE LIMA SANTORO, E ORIENTADO PELO PROF. DR. EDSON EIJI MATSURA.
CAMPINAS 2019
Rose Meire da Silva - CRB 8/5974
Santoro, Bruno de Lima,
Sa59i SanIndicadores de sustentabilidade de água e solo na produção de cana-de-açúcar irrigada por gotejamento subsuperfcial / Bruno de Lima Santoro. – Campinas, SP : [s.n.], 2019.
SanOrientador: Edson Eiji Matsura.
SanTese (doutorado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola.
San1. Pegada hídrica. 2. Interface solo-água. 3. Solos - Qualidade. I. Matsura, Edson Eiji, 1956-. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Sustainability indicators of water and soil in sugacane production
irrigated by subsurface drip
Palavras-chave em inglês:
Water footprint Soil-water interface Soil-quality
Área de concentração: Água e Solo Titulação: Doutor em Engenharia Agrícola Banca examinadora:
Edson Eiji Matsura [Orientador] Antônio Pires de Camargo Zigomar Menezes de Souza
Eduardo Augusto Agnellos Barbosa Leonardo Nazário Silva dos Santos
Data de defesa: 15-02-2019
Programa de Pós-Graduação: Engenharia Agrícola
Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas.
________________________________________________________________ Prof. Dr. Edson Eiji Matsura – Presidente e Orientador
_________________________________________________________________ Prof. Antonio Pires de Camargo – Membro Titular
_________________________________________________________________ Prof. Dr. Zigomar Menezes de Souza – Membro Titular
_________________________________________________________________ Dr. Eduardo Augusto Agnellos Barbosa – Membro Titular
_________________________________________________________________ Dr. Leonardo Nazário Silva dos Santos – Membro Titular
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida acadêmica do discente.
pelo exemplo de vida que eles são...
...DEDICO
Ao meu irmão, Rodrigo,
uma pessoa, que em muitos momentos
da minha vida, me inspirei...
...OFEREÇO
Aos meus familiares e amigos,
que direta ou indiretamente participaram
comigo desta jornada...
A Deus Por iluminar meu caminho e me dar forças e sabedoria para
a conclusão deste trabalho
Ao Prof Dr Edson Eiji
Matsura
Pelos ensinamentos, orientação, amizade, paciência, compreensão e confiança no trabalho
Ao grupo de pesquisa Por todo apoio nos experimentos e amizade: Ivo, Aline,
Lucas, David, Leonado, Gustavo, Jonesmar e outros
A banca de defesa Aos professores membros da banca examinadora: Prof Dr.
Prof Dr.Antônio Camargo, Prof Dr. Zigomar Souza, Prof Dr. Eduardo Agnellos e Prof Dr. Leonardo Santos
Pós-Graduação Ao Programa de Pós-Graduação da FEAGRI/UNICAMP,
pela assessoria e oportunidade em desenvolver este trabalho
A Feagri Aos amigos e colegas, funcionários do campo experimental, técnicos e professores
Ao CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
os impactos causados pelo uso da água e do solo. Indicadores de sustentabilidade se tornaram instrumentos indispensáveis para avaliações do ambiente, fornecendo subsídios de gestão ágeis para tomadas de decisões no manejo da água e solo na agricultura. Assim, o objetivo do trabalho foi avaliar a sustentabilidade ambiental da produção de cana-de-açúcar cultivada em três ciclos em condições não irrigada e irrigada via gotejamento subsuperficial com água de reservatório superficial e esgoto doméstico tratado utilizando indicadores de qualidade do solo e a pegada hídrica. O experimento foi instalado em Campinas-SP, Brasil em um Latossolo
Vermelho distroférrico. Os tratamentos foram dispostos em delineamento com blocos
casualizados com 5 tratamentos e 3 repetições, utilizando-se os tratamentos SI: Sem irrigação; E20: Esgoto doméstico tratado (EDT) irrigado a profundidade de 0,20 m; E40: EDT irrigado a profundidade de 0,40 m; A20: água de reservatório superficial (ARS) irrigado a profundidade de 0,20 m; A40: ARS irrigado a profundidade de 0,40 m. Para determinação da pegada hídrica, foi realizado o balanço hídrico, obtendo o consumo direto de água pela evapotranspiração de cultura para condições não padrão (ETcaj) e o volume percolado, que juntamente com o nitrato lixiviado abaixo da zona radicular, estimou-se o consumo indireto de água. Da ETcaj, foram estimados os componentes verdes, água de chuva consumida pela cultura, e o componente azul, água de irrigação. Com os valores de consumo direto e indireto e com a produtividade, estimou-se a pegada hídrica da cana-de-açúcar (PHcana) em cada tratamento. O índice de qualidade do solo foi determinado utilizando a equação de Wymore de acordo com a metodologia proposta por Karlen e Stott (1994) e foram selecionados indicadores físicos, químicos e microbiológicos para composição das funções básica do solo. A Pegada hídrica da cana-de-açúcar (PHcana) nos cultivos irrigados foi inferior comparado ao cultivo sem irrigação, mesmo na 3ª soca, onde todos os tratamentos não receberam água de reservatório nem EDT via irrigação. Na analise dos atributos do solo estudados verificou-se uma queda dos valores em função das profundidades, principalmente na função do solo em não restringir o desenvolvimento radicular. A prática da irrigação com esgoto doméstico tratado nas 1ª e 2ª socas promoveu menores valores de pegada hídrica da cana-de-açúcar, com destaque para o tratamento E40 na 2ª soca. A ausência do manejo da irrigação na 3ª soca, ocasionada pela crise hídrica em conjunto com as condições climáticas deste mesmo ciclo elevou os valores de pegada hídrica em todos os tratamentos. A acidez potencial, o pH e os teores de fósforo e potássio ficaram abaixo do limite crítico durante as três socas de cultivo ocasionando baixos valores na função do solo de não restringir o desenvolvimento radicular na 2ª e 3ª camada. A metodologia da pegada hídrica e do índice de qualidade solo proporcionou a verificação dos diferentes níveis de sustentabilidade ambiental, na produção de cana-de-açúcar irrigada via gotejamento subsuperficial com água de reservatório e esgoto doméstico tratado em condições climáticas distintas.
PALAVRAS CHAVE: Pegada hídrica; Índice de qualidade do solo; Esgoto doméstico
The use of new technologies in agricultural activities should be evaluated in order to observe the impacts caused by the use of water and soil. Sustainability indicators have become indispensable tools for environmental assessments, providing agile management inputs for decision making in water management and soil management in agriculture. Thus, the aim of this study was to evaluate the environmental sustainability of sugarcane production in three cycles under non-irrigated and irrigated conditions through subsurface dripping with surface water and treated domestic sewage using soil quality indicator and water footprint. The experiment was carried out in Campinas-SP, Brazil, in a oxisol. The treatments were arranged in a randomized block design with 5 treatments and 3 replicates, using the treatments SI: No irrigation; E20: Treated domestic sewage (TDS) irrigated at a depth of 0.20 m; E40: TDS irrigated at depth of 0,40 m; A20: irrigated surface water reservoir (SWR) at a depth of 0.20 m; A40: SWR irrigated at depth of 0,40 m. In order to determine the water footprint, the water balance was obtained, obtaining the direct consumption of water by evapotranspiration of culture for non-standard conditions (ETcaj) and percolated volume, which together with the nitrate leached below the root zone, was estimated the consumption indirect use of water. From ETcaj, the green components, rainwater consumed by the crop, and the blue component, irrigation water, were estimated. With the values of direct and indirect consumption and productivity, the water footprint of sugarcane (WFcane) was estimated in each treatment. The soil quality index was determined using the Wymore equation according to the methodology proposed by Karlen and Stott (1994) and physical, chemical and microbiological indicators were selected for the composition of basic soil functions. The water footprint of the sugar cane (WFcane) in irrigated crops was lower compared to the non-irrigated crop, even in the 3rd cycle, where all treatments did not receive reservoir water or TDS via irrigation. In the analysis of the studied soil parameters a decrease of the values as a function of the depths was verified, mainly in the function of the soil in not to restrict the root development. The practice of irrigation with TDS in the 1st and 2nd cycles promoted lower values of water footprint of sugarcane, with emphasis on treatment E40 in the 2nd cycle. The absence of irrigation management in the 3rd cycle, caused by the water crisis together with the climatic conditions of this same cycle, increased the water footprint values in all treatments. Potential acidity, pH, phosphorus and potassium contents were below the critical limit during the three cultivation rounds resulting in low values in soil function of not restricting root development in the 2nd and 3rd layer. The water footprint and soil quality index methodology provided the verification of the different levels of environmental sustainability in the production of irrigated sugarcane by subsurface drip with reservoir water and treated domestic sewage under different climatic conditions.
Figura 1. Esquema das fases fenológicas da cana-de-açúcar. ... 21 Figura 2. A relação entre os parâmetros e índices denominada de pirâmide de informações. 30 Figura 3. Imagem aérea da área experimental e layout das instalações. ... 38 Figura 4. Delineamento experimental do projeto inicial. ... 43 Figura 5. Esquema do sistema de tratamento de esgoto da FEAGRI até a casa de irrigação. 45 Figura 6. Esquema dos espaçamentos entre linhas e fileiras de plantas de cana-de-açúcar .... 46 Figura 7. Esquema do espaçamento de plantio, profundidade de instalação do tubo gotejador
e coleta de amostras indeformadas utilizando o anel volumétrico e deformada na camada indicada. ... 57
Tabela 1. Indicadores da qualidade e valores recomendados para industrialização da
cana-de-açúcar. ... 28
Tabela 2. Caracterização física do solo da área experimental antes da 1ª soca. ... 39
Tabela 3. Caracterização inicial da área experimental quanto à fertilidade do solo na camada de 0-0,20 m antes da instalação do experimento. ... 40
Tabela 4. Estimativa de produção de colmo e qualidade tecnológica para 5 tratamentos no ciclo da cana planta... 42
Tabela 5. Tratamentos estudados na área experimental. ... 44
Tabela 6. Indicadores selecionados para composição das funções básicas do solo. ... 54
Tabela 7. Índice de qualidade do solo (IQS), funções específicas do solo (FS) e escore padronizado dos indicadores para o tratamento SI na camada de 0,20 m. ... 56
Tabela 8. Volume de efluente doméstico tratado (EDT) e água de reservatório superficial, irrigado em m³ ha-1, nos tratamentos mensalmente. ... 62
Tabela 9. Pegada hídrica cinza (PHcinza) dos tratamentos na 1ª soca. ... 83
Tabela 10. Pegada hídrica azul (PHazul) dos tratamentos na 1ª e 2ª soca. ... 84
Tabela 11. Pegada hídrica verde (PHverde) dos tratamentos na 1ª, 2ª e 3ª soca. ... 84
Gráfico 1. Série histórica de produtividade de colmos e área cultivada para o período de 2005
a 2018 no estado de São Paulo. ... 27
Gráfico2. Curvas de padronização do tipo "mais é melhor", "ótimo" e "menos é melhor". ... 35 Gráfico 3. Valores mensais médios de precipitação, evapotranspiração potencial (ETo) total e
temperatura média do ar (Tmed), observadas entre os anos 1994-2014. ... 39
Gráfico 4. Valores mensais de precipitação, evapotranspiração potencial (ETo) total e
temperatura média do ar (Tmed), coletadas durante o período da cana planta. ... 41
Gráfico 5. Valores mensais de precipitação, evapotranspiração potencial (ETo) total e
temperatura média do ar (Tmed), observados durante o período da 1ª soca. ... 59
Gráfico 6. Valores mensais de precipitação, evapotranspiração potencial (ETo) total e
temperatura média do ar (Tmed), observados durante o período da 2ª soca. ... 60
Gráfico 7. Valores mensais de precipitação, evapotranspiração potencial (ETo) total e
temperatura média do ar (Tmed), observados durante o período da 3ª soca. ... 61
Gráfico 8. Estimativa de produtividade (t ha-1) da cana-de-açúcar para cada tratamento em cada soca de cultivo. ... 64
Gráfico 9. Sólidos solúveis (ºBrix) da cana-de-açúcar para cada tratamento em cada soca de
cultivo. ... 66
Gráfico 10. Sacarose aparente do caldo (POL, em %) da cana-de-açúcar para cada tratamento
em cada soca de cultivo. ... 67
Gráfico 11. Pureza do caldo aparente (PU, em %) da cana-de-açúcar para cada tratamento em
cada soca de cultivo. ... 68
Gráfico 12. Açúcares redutores do caldo (AR, em %) da cana-de-açúcar para cada tratamento
em cada soca de cultivo. ... 69
Gráfico 13. FIBRA (%) da cana-de-açúcar para cada tratamento em cada soca de cultivo. ... 70 Gráfico 14. Açúcar total recuperável (kg t-1) da cana-de-açúcar para cada tratamento em cada soca de cultivo. ... 71
Gráfico 15. Rendimento total recuperável (t ha-1) da cana-de-açúcar para cada tratamento em cada soca de cultivo. ... 72
Gráfico 16. Lâmina de água disponível no solo (LAD) para cada tratamento durante o ciclo
da 1ª soca. ... 73
Gráfico 17. Lâmina de água disponível no solo (LAD) para cada tratamento durante o ciclo
da 2ª soca. ... 74
Gráfico 18. Lâmina de água disponível no solo (LAD) para cada tratamento durante o ciclo
da 3ª soca. ... 75
Gráfico 19. Precipitação infiltrada (PI) e a lâmina de água interceptada para cada tratamento
nas 3 socas de cultivo. ... 76
Gráfico 22. Evapotranspiração da cultura ajustado para condições não padrão (ETcaj) estimada no tratamentos na 2ª soca. ... 79
Gráfico 23. Evapotranspiração da cultura ajustado para condições não padrão (ETcaj) estimada no tratamentos na 3ª soca. ... 79
Gráfico 24. Origem da lâmina evapotranspirada (ETcaj) da cultura estimada nos tratamentos nas três socas de cultivo... 80
Gráfico 25. Lixiviação de nitrato (NO3-), em mg L-1, abaixo da zona radicular, profundidade de 0,9 m, nos tratamentos na 1ª soca. ... 81
Gráfico 26. Demanda hídrica da produção de cana-de-açúcar (DHPcana), resultante das demandas hídricas dos componentes azul (DHCazul), verde (DHCverde) e cinza (DHCcinza) e EDT aplicado, nos tratamentos e nas diferentes socas. ... 82
Gráfico 27. Resistência do solo a penetração (RP) nas diferentes camadas, para os diferentes
tratamentos na 1ª soca de cultivo ... 87
Gráfico 28. Densidade do solo (Ds) nas diferentes camadas, para os diferentes tratamentos na
1ª soca de cultivo. ... 88
Gráfico 29. Macroporosidade do solo (MA) nas diferentes camadas, para os diferentes
tratamentos na 1ª soca de cultivo. ... 89
Gráfico 30. Porosidade total do solo (PT) nas diferentes camadas, para os diferentes
tratamentos na 1ª soca de cultivo. ... 90
Gráfico 31. Diâmetro médio ponderado (DMP) nas diferentes camadas, para os diferentes
tratamentos na 1ª soca de cultivo. ... 91
Gráfico 32. Valores de pH nas diferentes camadas, para os diferentes tratamentos nas 3 socas
de cultivo. ... 92
Gráfico 33. Acidez potencial (H+Al) nas diferentes camadas, para os diferentes tratamentos
nas 3 socas de cultivo. ... 94
Gráfico 34. Condutividade Elétrica (CE) nas diferentes camadas, para os diferentes
tratamentos nas 3 socas de cultivo. ... 96
Gráfico 35. Saturação por bases (V) nas diferentes camadas, para os diferentes tratamentos
nas 3 socas de cultivo. ... 98
Gráfico 36. Capacidade de troca catiônica (CTC) nas diferentes camadas, para os diferentes
tratamentos nas 3 socas de cultivo. ... 99
Gráfico 37. Fósforo (Presina) nas diferentes camadas, para os diferentes tratamentos nas 3 socas de cultivo. ... 101
Gráfico 38. Potássio (K) nas diferentes camadas, para os diferentes tratamentos nas 3 socas
de cultivo. ... 102
Gráfico 39. Matéria orgânica (MO) nas diferentes camadas, para os diferentes tratamentos
nas 3 socas de cultivo. ... 104
Gráfico 40. Carbono da biomassa microbiana (CBM) nas diferentes camadas, para os
diferentes tratamentos nas 3 socas de cultivo. ... 106
Gráfico 41. Quociente metabólico (qCO2) nas diferentes camadas, para os diferentes
Gráfico 43. Valores padronizados para a função do solo de não restringir o desenvolvimento
radicular (DR) nas diferentes camadas, para os diferentes tratamentos nas 3 socas de cultivo. ... 111
Gráfico 44. Valores padronizados para a função do solo receber, distribuir, manter e fornecer
água as plantas (CA) nas diferentes camadas, para os diferentes tratamentos nas 3 socas de cultivo. ... 113
Gráfico 45. Valores padronizados para a função do solo de receber, manter, fornecer e ciclar
os nutrientes (HN) nas diferentes camadas, para os diferentes tratamentos nas 3 socas de cultivo. ... 115
Gráfico 46. Valores padronizados do índice de qualidade do solo (IQS) nas diferentes
1. INTRODUÇÃO ... 15 2. HIPÓTESE ... 18 3. OBJETIVOS ... 19 3.1 Objetivo geral ... 19 3.2 Objetivos específicos ... 19 4. REVISÃO DE LITERATURA ... 20 4.1 Cana-de-açúcar ... 20
4.1.1 Irrigação por gotejamento na cana-de-açúcar ... 22
4.1.2 Irrigação com esgoto doméstico tratado (EDT) ... 24
4.1.3 Produtividade e qualidade da cana-de-açúcar ... 27
4.2 Indicadores de sustentabilidade ambiental ... 29
4.2.1 Pegada Hídrica ... 32
4.2.2 Índice de qualidade do solo (IQS) ... 34
5. MATERIAL E MÉTODOS ... 38
5.1 Descrição da área experimental ... 38
5.2 Histórico do projeto ... 40 5.3 O ciclo da cana-planta ... 41 5.4 Delineamento experimental ... 43 5.5 Plantio da variedade RB867515 ... 45 5.6 Adubação e Irrigação ... 46 5.7 Avaliações biométricas ... 47
5.8 Produtividade e qualidade tecnológica ... 48
5.9 Pegada Hídrica (PHcana) ... 49
5.10 Índice de qualidade do solo (IQS) ... 53
5.11 Análises de Dados ... 58
6. RESUTADOS E DISCUSSÃO ... 59
6.1 Clima e Irrigação ... 59
6.2 Produtividade e Qualidade Tecnológica ... 63
6.3 Pegada Hídrica da cana-de-açúcar (PHcana) ... 73
6.4 Índice de qualidade do solo (IQS) ... 86
7. CONCLUSÕES ... 119
PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS ... 120
REFERÊNCIAS ... 121
1. INTRODUÇÃO
A cana-de-açúcar apresenta uma posição de grande importância na agricultura, uma vez que a cultura ocupa ampla extensão territorial para sua produção e com elevada expressividade econômica no agronegócio brasileiro. Devido ao mercado de energia alternativa e de carros movidos a etanol, a atividade sofre expansão tanto no mercado nacional como internacional, refletindo em aumento de investimento no setor sucroalcooleiro.
De acordo com os dados da Companhia Nacional de Abastecimento - CONAB (2018), a produção de cana-de-açúcar estimada para a safra 2018/19 é de 625,96 milhões de toneladas, sendo o sudeste com uma produção de 404,95 milhões de toneladas e área a ser colhida no Brasil estimada de 8.613,6 mil hectares.
A cultura cana-de-açúcar é bem adaptada as condições brasileiras, principalmente em áreas com alta disponibilidade de água e de radiação solar. Sua alta capacidade de armazenamento de sacarose nos colmos qualifica-a como uma das culturas de maior importância econômica do país. De acordo com Ferreira Junior et al. (2014) condições ambientais influenciam na disponibilidade de energia, água e nutrientes essenciais para se atingir altas produtividades. O setor de sucroenergia vem sofrendo com diversos problemas como a disponibilidade de água, já que a precipitações nem sempre são suficientes para suprir as necessidades de água das plantas, bem como sua má distribuição (COSTA et al., 2016). Porém, da mesma forma que outras culturas comerciais, seus níveis de produtividade são afetados por fatores de práticas de manejo, qualidade de solos e em especial com a variação do clima (TEJERA et al., 2007). Neste sentido, as mudanças climáticas estão ameaçando o ambiente afetando as produtividades agrícolas e direcionando os esforços mundiais para o desenvolvimento de fontes alternativas de energia sustentáveis (LISBOA et al., 2011) e novas formas de produção agrícolas.
A precipitação pluviométrica irregular e os períodos de seca têm prejudicado os produtores de cana-de-açúcar, e em algumas regiões a disponibilidade de áreas para se expandir a produção é escassa, fazendo com que se implante novas formas de manejo para garantir altas produtividades, como por exemplo, a irrigação (OLIVEIRA et al., 2010). Assim, o cenário sucroalcooleiro vem mostrando maiores demandas pela potencialização da produção para maiores rendimentos, e a técnica de irrigação, muito utilizada em diversas culturas agrícolas, passa a ser um atrativo, visando altas produtividades.
Dentre os sistemas de irrigação, o gotejamento subsuperficial tem se mostrado promissor, pois a água e nutrientes são aplicados diretamente na zona radicular com alta
uniformidade, favorecendo a absorção de nutrientes (GIL et al., 2008). Gonçalves (2010) reforça que o método reduz evaporação de água no solo, diminui danos mecânicos no sistema de irrigação, reduz a incidência de plantas daninhas na área e interfere menos nos tratos culturais e colheita.
Na IGS existe também a vantagem da segurança no uso de águas residuárias, pois evita contato direto com o operador e a parte aérea da cultura (BARBOSA et al., 2013).
Ainda que a atividade agrícola seja o setor que mais consome água no mundo, pesquisadores da área têm disseminado e apresentado resultados satisfatórios quanto à capacidade de uso e aproveitamento de águas resíduárias, como por exemplo, o esgoto doméstico tratado, fazendo necessários então investimentos no setor de pesquisa e desenvolvimento para geração de tecnologias que monitorem o uso de EDT de forma segura e eficaz (SANTOS et al., 2015).
No entanto o emprego de novas tecnologias deve ser avaliado a fim de observar os impactos causados no meio ambiente, garantindo a sustentabilidade da atividade agrícola. Assim, os indicadores de sustentabilidade se tornaram instrumentos indispensáveis para avaliações do ambiente, fornecendo subsídios de gestão ágeis em tomadas de decisões no manejo da água e solo em atividades agrícolas.
Dentre algumas ferramentas para a determinação de indicadores, a Pegada Hídrica (PH) tem se tornado importante na gestão dos recursos hídricos, sobretudo por fornecer informações em pequenas e grandes escalas, bem como dados de consumo de água de uma cultura agrícola específica.
A pegada hídrica contabiliza o volume de água consumido direta e indiretamente, onde o aumento de produtividade proporcionado pela IGS (PIRES et al., 2014). e a economia de água assegurada por este tipo de irrigação pode reduzir a pegada hídrica do sistema produtivo
Para a otimização da PH a utilização do esgoto doméstico tratado é uma alternativa, visto que, além da reciclagem do efluente, contribui para a preservação do recurso hídrico. Contudo, Gloaguen et al. (2010) afirmam que é imprescindível conhecer o melhor manejo de irrigação, devido aos possíveis efeitos negativos sobre a qualidade do solo.
As altas produções de bem e serviços vem gerando degradação ambiental, incluindo contaminação de solos trazendo riscos a sustentabilidade dos sistemas produtivos (MOTA e VALLADARES, 2011).
De acordo com Melloni et al. (2008), estudos sobre sustentabilidade ambiental na agricultura devem focar em desafios de desenvolvimento de metodologias capazes de avaliar
a qualidade do solo e suas interações com o ambiente. Atualmente, há um empenho em tentar quantificar e qualificar diferentes atributos do solo que possam expressar a sustentabilidade, mostrados na forma de indicadores de qualidade do solo.
Em pesquisa sobre o índice de qualidade do solo Chaer (2001) observou que a metodologia desenvolvida por Karlen e Stott (1994), é efetiva para analisar alterações no solo em função das práticas de manejo e seus efeitos na qualidade concluindo que os índices mais elevados correspondem aos solos com melhor qualidade.
Desta forma, a pesquisa científica para avaliação de indicadores de sustentabilidade na produção da cana-de-açúcar irrigada com água de reservatório ou efluente de esgoto tratado é o objetivo desta pesquisa, uma vez que não há dados suficientes de práticas agrícolas com uso deste efluente e futuramente contribuir na legislação vigente, de modo a proporcionar caminhos e diretrizes no gerenciamento de recursos hídricos, com o uso desta prática.
2. HIPÓTESE
Os indicadores pegada hídrica e índice de qualidade do solo permite mensurar a sustentabilidade ambiental do uso da água e efeitos nos atributos físicos, químicos e microbiológicos do solo, na produção de cana-de-açúcar, irrigada via gotejamento subsuperficial com água de reservatório e esgoto doméstico tratado, na região de Campinas, estado de São Paulo.
3. OBJETIVOS
3.1 Objetivo geral
Avaliar a sustentabilidade ambiental da produção de cana-de-açúcar cultivada durante três ciclos sob condição não irrigada e irrigada em duas profundidades via gotejamento subsuperficial com água de reservatório superficial e esgoto doméstico tratado utilizando indicadores de qualidade do solo e a pegada hídrica.
3.2 Objetivos específicos
(1) Avaliar a produtividade e qualidade tecnológica da cana-de-açúcar fertirrigada com água de reservatório e esgoto doméstico tratado via gotejamento subsuperficial em duas profundidades e testemunha sem irrigação, durante três ciclos de cultivo.
(2) Avaliar a sustentabilidade ambiental com a metodologia de pegada hídrica no cultivo de cana-de-açúcar fertirrigada com água de reservatório e esgoto doméstico tratado via gotejamento subsuperficial em duas profundidades e testemunha sem irrigação, durante três ciclos de cultivo.
(3) Avaliar a sustentabilidade ambiental a partir da determinação de um índice de qualidade de solo no cultivo de cana-de-açúcar fertirrigada com água de reservatório e esgoto doméstico tratado via gotejamento subsuperficial em duas profundidades e testemunha sem irrigação, durante três ciclos de cultivo.
4. REVISÃO DE LITERATURA
4.1 Cana-de-açúcar
No Brasil, a cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é considerada uma das culturas de maior importância socioeconômica a julgar pela geração de empregos, envolvendo também valores ambientais visto que o etanol causa menores impactos no ambiente. Segundo levantamentos realizados pela Companhia Nacional de Abastecimento - CONAB (2019), a área de cultivo, na safra de 2018/2019 foi estimada em 8,6 milhões de hectares com maiores concentrações nas regiões Centro-Sul, Nordeste, onde no estado de São Paulo concentraram-se mais de 50% da produção brasileira.
As características edafoclimáticas brasileiras fazem com que o país tenha condições favoráveis para a produção desta cultura, ajudando-o a se tornar o maior produtor mundial de etanol e açúcar e desempenhando um papel de importância no mercado nacional (SCHULTZ et al., 2012), essa posição se deve ao valor de comércio atrativo do açúcar e ao crescimento da frota de veículos abastecidos por etanol.
De acordo com Gava et al. (2011) a cana-de-açúcar é uma cultura que requer grande volume de água durante o cultivo, sendo importante então o conhecimento sobre a demanda hídrica nas diferentes fases de cultivo para que haja tomadas de decisões visando o manejo da para aumento da produtividade, sabendo que nem sempre a precipitação de chuvas atende a necessidade de água da planta para a produção de biomassa.
Embora a cultura seja adaptada em condições de alta intensidade luminosa, temperaturas elevadas e escassez de água, a planta necessita de água uma vez que somente 30% do peso se constituem de massa seca e os 70% restantes de água, dependendo do estádio fenológico (INMAN-BAMBER e SMITH, 2005).
De acordo com Caputo et al. (2008) o clima tem influência direta durante todo o ciclo produtivo, e como resultado na produção de sacarose. Ainda segundo os autores, o clima ideal deve proporcionar estações quentes e úmidas favorecendo a germinação, perfilhamento e desenvolvimento vegetativo e estações frias e secas propiciando a maturação natural.
As temperaturas devem ocorrer nas faixas entre 28 e 34ºC para um ótimo crescimento vegetativo, enquanto a maturação requer temperaturas abaixo de 21ºC, restringindo o crescimento vegetativo e fazendo com que a sacarose seja direcionada para o armazenamento nos colmos (MOORE e MARETZKI, 1996; ANDRADE, 2006).
Segundo Doorenbos e Kassam (1994), a necessidade hídrica da cana-de-açúcar é de 1500 a 2500 mm por ciclo vegetativo e tem variação conforme a fase fenológica da cultura e seus respectivos coeficientes de cultura (Kc) (Figura 1), com o déficit hídrico podendo ter maior ou menor influência sobre a produtividade. No Estado de São Paulo, de acordo com dados da Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócios - APTA (2016), os valores médios totais anuais de chuva são de cerca de 1200 a 1300 mm. Na região nordeste do estado (Região Metropolitana de Campinas - SP) os totais são freqüentemente, maiores do que 1300 mm com uma estação seca mais acentuada e bem definida.
Figura 1. Esquema das fases fenológicas da cana-de-açúcar.
Adaptado de Doorenbos e Kassam (1979).
As variedades de cana-de-açúcar têm um papel fundamental na produtividade da cultura, possibilitando um melhor aproveitamento da área de cultivo, aumento da qualidade do produto final e um menor custo. A escolha da variedade deve apresentar características como: alta produtividade, níveis satisfatórios de teor de açúcar, adequada rebrota, menor possibilidades de tombamento e alta resistência a pragas e doenças (SILVEIRA et al., 2002).
Dentre algumas variedades de cana-de-açúcar, a RB 867515, uma das mais cultivadas no sudeste do país, apresenta crescimento rápido, alta produtividade agrícola, deve ser plantada em solos de médio-baixa fertilidade (SIMÕES NETO et al., 2005) e ainda segundo os autores a variedade possui elevada produção agrícola e teor de sacarose, brotação satisfatória na cana-planta e cana-soca, com médio perfilhamento e bom fechamento de entrelinhas
Segundo Alfonso (2009), dependendo do ambiente onde a planta se desenvolve, o ciclo fenológico desta variedade (RB 867515) de cana-de-açúcar pode ter duração total de 16 meses para cana-planta e 12 meses para cana-soca, com os mesmos estádios de desenvolvimento, entretanto com duração diferente.
De acordo com a Rede Interuniversitária para o Desenvolvimento do Setor Sucroenergético - RIDESA (2018), o censo varietal mostrou que a variedade RB 867515 ocupou 21% da área de cultivo no estado de São Paulo, sendo a variedade mais utilizada.
Esta variedade caracteriza-se também pela maturação tardia, reduzida exigência em fertilidade do solo e florescimento acima da média. De forma geral, tem-se adaptado muito bem aos solos do estado de São Paulo e do Paraná, com o florescimento ocorrendo em menor intensidade e favorece sua maturação, sendo também tolerante à seca (MARQUES, 2008).
Conhecer o regime hídrico da região e dispor de dados de evapotranspiração de referência pode fornecer suporte para se determinar períodos críticos durante o ciclo da cultura, favorecendo tomadas de decisões no emprego da irrigação a fim de adaptar a cultura à sazonalidade do regime hídrico (JUNQUEIRA JUNIOR et al., 2007).
Levando em conta o cenário produtivo no estado de São Paulo, os problemas ocasionados pela crise hídrica no setor sucroenergético, as precipitações médias nem sempre suficientes e a demanda da cultura de cana-de-açúcar, é imprescindível a adoção de tecnologias e gestão para se atingir maiores rendimentos próximos ao potencial genético da cultura resultando em retornos econômicos e ambientais satisfatórios.
4.1.1 Irrigação por gotejamento na cana-de-açúcar
A prática da irrigação como suprimento hídrico contabiliza em média 70% de toda água consumida pela sociedade. A irrigação esta presente somente em 18% das áreas cultivadas e promove em média 44% da produção agrícola mundial (FAO, 2014), o que a torna uma ferramenta importante para a segurança alimentar. Sabendo que os recursos hídricos encontram-se atualmente com quedas de disponibilidade e os custos de energia aumentando nos últimos anos, fazendo-se necessário adotar práticas de manejo de irrigação e ferramentas que resultem na economia de água e energia no setor agrícola, principalmente por se considerar a atividade de maior consumo de água, competindo com outros setores pelo uso da água.
Dentre os sistemas de irrigação, o gotejamento subsuperficial (IGS) tem se mostrado promissor, pois a água e nutrientes são aplicados diretamente na zona radicular, favorecendo a
absorção de água e nutrientes e aumentando a uniformidade de aplicação (GIL et al., 2008). Gonçalves (2010) enfatiza que a IGS reduz a evaporação de água no solo, diminui os danos mecânicos no sistema, reduz a incidência de plantas daninhas na área e interfere menos nos tratos culturais e colheita. A irrigação por gotejamento ainda possui alto custo de implantação, é comumente utilizado em culturas com alta rentabilidade, exigindo um alto investimento e mão de obra especializada, assim sua adoção deve ser criteriosamente analisada e estudada, avaliando seu custo benefício (SILVA et al., 2003). Também, o monitoramento da distribuição de água no perfil do solo, permite determinar com maior precisão o momento da irrigação (COELHO e OR, 1999).
Por outro lado, a irrigação por gotejamentos tem como desvantagens os problemas que podem ocorrer na germinação de sementes da cultura, dificuldades na localização exata de problemas de rompimento de linhas quando instalados em camadas mais profundas. Em profundidades mais rasas, pode haver dificuldades no manejo do solo, resultando em danos mecânicos ao tubo gotejador, e alguns autores relatam também perfuração por roedores, principalmente em gotejadores com paredes mais finas (ORON et al., 1991; SORENSEN et al., 2001; AYARS et al., 1995). Além de maior possibilidade de entupimento dos emissores gotejadores devido à presença intensa de raízes e/ou de sólidos em suspensão na água de irrigação, que causam a formação de precipitados (OLIVEIRA et al., 2012).
Em estudos realizados por Silva et al. (2014), ao avaliar o potencial produtivo de diferentes variedades de cana-de-açúcar irrigadas por gotejamento durante dois ciclos na região de Jaú, SP, concluíram que as variedades RB 867515 e SP 851115 apresentaram melhor potencial produtivo agroindustrial e menor consumo relativo de água, e podem ser recomendadas para o manejo de produção em irrigação por gotejamento.
A produtividade da cana-de-açúcar é bastante influenciada pela prática da irrigação, com exceção em áreas irrigadas com o sistema convencional que resulta em um acréscimo médio em torno de 5,4 t ha-1, isso se dá devido ao sistema normalmente ser utilizado com maior freqüência nas irrigações de salvação (CARDOZO, 2005). Atualmente, no Brasil, o uso da irrigação por gotejamento subsuperficial na cultura da cana-de-açúcar vem sendo estudado, sobretudo em relação ao aumento na produtividade (SOUZA et al., 2012).
Experimentos realizados por Andrade Júnior et al. (2012) utilizando irrigação por gotejamento subsuperficial na cultura da cana-de-açúcar mostraram resultados de maior crescimento da planta, densidade de colmo, índice de área foliar, aumento de produtividade e rendimento de açúcar.
Ao avaliar indicadores tecnológicos e produtividade de cana-de-açúcar irrigada por gotejamento subsuperficial, na região de Barretos-SP, Quintana et al. (2012) observaram um aumento de 15% nos açúcares redutores do caldo e de 30% na produtividade quando comparado ao tratamento sem irrigação, os autores verificaram ainda valores mais satisfatórios com a prática da fertirrigação, com um aumento de produtividade em 42%. Rhein et al. (2016) constataram, após aplicação de doses de N via fertirrigação por gotejamento subsuperficial aumento tanto nos indicadores tecnológicos como o aumento linear das produtividades de colmos e de açúcar.
Na IGS existe também a vantagem da segurança no uso de águas residuárias, pois evita contato direto com o operador e a parte aérea da cultura (BARBOSA et al., 2013). Analisando a produtividade da cana-de-açúcar irrigada com efluentes de esgoto doméstico tratado, Deon et al. (2010) observou um aumento na produtividade em 19,84 t ha-1 em comparação ao observado no tratamento utilizando água.
Para que a irrigação seja feita de forma ordenada e sustentável, alternativas de gestão dos recursos hídricos devem ser estudadas. A água proveniente de fontes potáveis para irrigação tem deixado de ser opção viável em vários países. Mudanças climáticas, confiabilidade na chuva, secas prolongadas e outros fatores têm feito com que países dependentes da atividade agrícola busquem alternativas de água para a irrigação. (MUYEN et al., 2011). O emprego da irrigação por gotejamento subsuperficial no cultivo irrigado de cana-de-açúcar mostra-se relevante pelo aumento da produtividade, da produção, tempo de vida útil do canavial e como conseqüências no aumento dos lucros do setor. Porém o estado de São Paulo, mesmo possuindo uma malha hídrica favorável à irrigação, vem encontrando problemas com a escassez de água não somente devido às mudanças climáticas, mas também causada pelo incorreto manejo de seus recursos, sendo pela poluição dos corpos hídricos sendo pela sua utilização de forma não sustentável.
Diversas pesquisas no Brasil e no mundo mostram uma crescente na produtividade da cana-de-açúcar irrigada, entretanto estudos locais devem ser realizados devido a diferentes condições de clima, solo, disponibilidade e qualidade de água e variedades da cultura a fim de se obter altas produtividades e qualidade do produto final.
4.1.2 Irrigação com esgoto doméstico tratado (EDT)
O uso de esgoto doméstico tratado na irrigação tem sido avaliado em pesquisas científicas como fonte alternativa na escassez da água. De acordo com Souza e Leite (2008),
esta técnica diminui a poluição de corpos d'água, onde o esgoto seria lançado; proporciona economia de fertilizantes químicos inorgânicos já que efluente é rico em nutrientes, principalmente nitrogênio.
Atualmente a atividade agrícola é o setor que mais demanda água no mundo, pesquisadores da área têm disseminado e apresentado resultados satisfatórios quanto à capacidade do uso e aproveitamento de águas residuárias, como por exemplo, o esgoto doméstico tratado, fazendo necessário então investimento no setor de pesquisa e desenvolvimento para geração de tecnologias que permite o uso de EDT de forma segura e eficaz (SANTOS et al., 2015).
Segundo Gomes et al. (2009), estas pesquisas com EDT na agricultura tem mostrado grande potencial visto as respostas das culturas na produtividade, dado que os efluentes contribuem com alguns nutrientes fundamentais para o crescimento e desenvolvimento da cultura, além de satisfazer as necessidades hídricas da planta ao longo do ciclo de cultivo.
De acordo com Der Hoek et al. (2002), as principais vantagens de se utilizar efluente de esgoto na agricultura são: (a) preservação dos corpos hídricos; (b) disponibilidade do efluente; (c) reciclagem de nutrientes e (d) a preservação ambiental. Porém Ayers e Westcot (1999) descrevem que existe uma limitação do uso de esgoto doméstico tratado na agricultura em função de sua composição química e tolerância das culturas ao efluente. Os efeitos da prática de irrigação com esgoto doméstico tratado no solo somente são vistos em longo prazo e variam de acordo com sua composição físico-química, tipo de solo e condições climáticas.
Manejar adequadamente a irrigação por gotejamento subsuperficial aplicando EDT garante maior segurança ao irrigante e sanidade das planas. A tecnologia de IGS se mostra mais adequada para conservação dos recursos hídricos, uma vez que diminui sensivelmente os riscos de contaminação (RIBEIRO et al., 2010; UCKER et al., 2013). Assim, a IGS tende a ser de modo efetivo, o método mais eficaz para a prática de uso de EDT na agricultura, minimizando riscos de contaminação a agricultores e consumidores finais (QADIR et al, 2010).
Atualmente, existe uma tendência dos órgãos de gestão de água, integrar a prática de reuso de água na agricultura não apenas em regiões que enfrentam problemas de déficit hídrico, mas também em regiões altamente povoadas em que a qualidade da água tem trazido problemas de escassez (HURLIMANN, 2008), posto que a prática de reuso deva diminuir a demanda sobre o uso da água, somente se colocado no topo do planejamento dos órgãos de gerenciamento (URKIAGA et al., 2008).
De acordo com Freitas et al. (2018), ao analisar a eficiência energética do etanol da cana-de-açúcar irrigada com esgoto doméstico tratado observou que o efluente de esgoto doméstico tem o melhor rendimento energético e seu uso é viável em um sistema de produção. Com relação ao sistema radicular, Sousa et al. (2013) verificou que a irrigação com EDT reduziu a área e o profundidade do sistema radicular da cana-de-açúcar, não sendo assim, o efluente um potencial poluidor em camadas mais profundas, quando a aplicação é bem manejada. Avaliando o crescimento radicular de cana-de-açúcar irrigada com efluentes por meio de sistema de gotejamento subsuperficial Santos et al. (2017) observou que o uso de do efluente de esgoto tratado irrigado a 0,2 m e 0,4 m, não mudou a profundidade da raiz da cultura na primeira soca, concentrado-se, em torno de 80% a partir da superfície do solo até 0,45 m de profundidade.
Na cidade de Lins – SP foram realizados estudos com o uso de EDT na cultura da cana-de-açúcar, onde Leal et al. (2009), verificaram em um Latossolo Vermelho distroférrico cultivado com cana-de-açúcar em que as parcelas irrigadas receberam 50% do nitrogênio mineral recomendado enquanto o tratamento de controle não recebeu nitrogênio mineral e nem água via irrigação, sendo o efluente de origem no tratamento por lagoas de estabilização. Após 16 meses de experimento, foi observada nas parcelas irrigadas produtividade estimada de 247 t ha-1 no tratamento irrigado, contra 153 t ha-1, no controle.
De acordo com Gonçalves et al. (2017), em pesquisa das relações hídricas e produtividade da cana-de-açúcar irrigada com esgoto doméstico por gotejamento subsuperficial, a cultura irrigada com esgoto doméstico tratado apresentou os maiores valores de produtividade e rendimento teórico recuperável de açúcar, proporcionando ainda economia de água e fertilizantes. O autor ressalta que as águas residuárias têm potencial para serem utilizadas na produção de cana-de-açúcar; no entanto, deve ser feito o monitoramento de sua qualidade nutricional e teor de sódio regularmente, evitando a aplicação excessiva de fertilizantes minerais por fertirrigação.
A segurança hídrica tem por objetivo garantir a oferta de água para o abastecimento humano e para as atividades produtivas em situações de seca, estiagem ou desequilíbrio. Além disso, o conceito abrange as medidas relacionadas ao enfrentamento de cheias e da gestão necessária para a redução dos riscos associados a eventos críticos (ANA, 2014). Assim o uso de EDT vem como uma opção viável de fonte hídrica na atividade de maior consumo de água: irrigação, em especial na cana-de-açúcar, associados aos incrementos de produtividade e qualidade da cultura de alto valor econômico, social e ambiental.
4.1.3 Produtividade e qualidade da cana-de-açúcar
A produtividade da cana-de-açúcar é a razão entre a produção de colmos (toneladas) e a área colhida (hectares). O estado de São Paulo conta com uma produtividade média de 81 t ha-1 calculados com dados da série histórica do ano agrícola de 2005/2006 a 2017/18, apresentados no Gráfico 1 (CONAB, 2018).
Conforme avança o número de estágios de corte (ciclos) da cana-de-açúcar a tendência é ocorrer perda gradativa na produtividade (CTC, 2008). Os ciclos de cana-soca repetem-se, normalmente em intervalos de 12 meses até que a lavoura não traga mais rendimentos econômicos, normalmente em média de cinco ciclos, onde se realiza a reforma do canavial com um novo plantio de tolete de cana-de-açúcar (SEGATO et al., 2006).
Gráfico 1. Série histórica de produtividade de colmos e área cultivada para o período de 2005
a 2018 no estado de São Paulo. Fonte: CONAB (2018)
O mercado dos produtos da cana-de-açúcar, principalmente o açúcar e o etanol, tem apresentado instabilidade nos últimos anos com variações de produção de cana-de-açúcar verificadas nas últimas safras.
Avanços tecnológicos e investimentos em pesquisas são cada vez mais exigidos visando ganhos de produtividade, adaptando os sistemas produtivos as condições climáticas cada vez mais instáveis ao longo dos ciclos. No Brasil, a atividade sucroalcooleira tem remunerado a matéria-prima de cana-de-açúcar pelos seus indicadores qualitativos, de forma que quanto melhor a qualidade, maior é o valor monetário pago por massa de colmos.
0 1000 2000 3000 4000 5000 60 65 70 75 80 85 90 95 Ár ea (he ctar e) P rodu tivid ade (t ha -1) Ano Agrícola Produtividade Área
Segundo Galo (2013) existe dois fatores que influenciam na qualidade da matéria-prima da cana-de-açúcar produzida, sendo fatores intrínsecos relativo à composição da planta e diretamente ligados com a variedade da cana, variações de clima, etc. E os fatores extrínsecos relacionados a materiais estranhos ao colmo (terra, pedra, restos de cultura, plantas invasoras) presente nos colmos.
A cana-de-açúcar, para ser industrializada, deve apresentar os valores de indicadores da qualidade apresentados na Tabela 1 (RIPOLI e RIPOLI, 2004; ASSIS et al., 2004).
Tabela 1. Indicadores da qualidade e valores recomendados para industrialização da
cana-de-açúcar.
Indicador Descrição Valor de
referência POL Teor de sacarose aparente na cana. Para a indústria canavieira,
quanto mais elevados os teores de sacarose, melhor. > 14 %
BRIX Brix é a porcentagem em massa de sólidos solúveis contidos
em uma solução de sacarose quimicamente pura. > 18 ºBrix
PUREZA
É determinada pela relação POL/ºBrix x 100. Quanto maior a pureza da cana, melhor a qualidade da matéria-prima para se recuperar açúcar.
80 e 85 %
ATR
Parâmetro que representa a quantidade total de açúcares da cana (sacarose, glicose e frutose). O ATR é determinado pela relação POL/0,95 mais o teor de açúcares redutores.
> 15 %
AR
É a quantidade de glicose e de frutose presentes na cana, que afetam diretamente a sua pureza, já que refletem em uma menor eficiência na recuperação da sacarose pela fábrica.
< 0,8 %
FIBRA
Reflete na eficiência da extração da moenda, ou seja, quanto maior o teor de fibra da cana-de-açúcar, menor será a eficiência de extração
11 a 13 %
De acordo com Varela (2002) o rendimento da cana-de-açúcar bem como sua qualidade pode ser realizado por meio da determinação dos seguintes indicadores tecnológicos: peso do bagaço úmido (PBU), Fibra (Fb), teor de sacarose aparente do caldo (Pol), teor de sacarose aparente da cana (PC), teor de sólidos solúveis (ºBrix), pureza (Pu), açúcares redutores do caldo (AR) e açúcar teórico recuperável (ATR). Logo, com base nos valores dos parâmetros pode se estabelecer critérios de comercialização da matéria prima. Baseados em indicadores, a indústria pode tomar decisões objetivando melhorias tanto para os produtores quanto para a própria indústria.
Alguns indicadores tecnológicos são determinados em laboratório: PBU, ºBrix, Pol e outros determinados a partir de equações: AR e ATR. As análises de qualidade de matéria-prima são realizadas a partir da extração do caldo da cana-de-açúcar (CONSECANA, 2006).
Pesquisa em torno da qualidade da matéria prima tem sido intensificada para a descoberta de novos indicadores a fim de dimensionar os impactos sobre a qualidade da produção final e rendimentos de colmo, perdas e atributos do açúcar e etanol produzidos. A qualidade e produtividade da cultura de cana-de-açúcar estão aliadas ao desenvolvimento de novas tecnologias e a evolução das pesquisas e metodologias de monitoramento de qualidade e safras.
4.2 Indicadores de sustentabilidade ambiental
Atualmente, um dos maiores desafios enfrentados pela discussão sobre o desenvolvimento sustentável é a elaboração de metodologias aplicadas que permitam avaliar a sustentabilidade de diferentes projetos e tecnologias em sistemas agrícolas.
Indicadores têm se tornados populares nos últimos anos devido à necessidade de se criar ferramentas para medição e monitoramento da sustentabilidade de um sistema, partindo de princípios de desenvolvimento limpo e certificação ambiental (FERRAZ et al., 2009). No entanto, construir indicadores depende de ferramentas específicas para manipular uma base de dados, que irão ser utilizados no planejamento ambiental do sistema, reconhecendo impactos atuais e futuras fontes de impactos (PIORR, 2003).
Um dos maiores desafios da gestão ambiental atualmente é elaborar ferramentas metodológicas que permite avaliar a sustentabilidade de agrossistemas irrigados. Assim indicadores de sustentabilidade têm sido pesquisados para mensurar de forma resumida as alterações no ambiente devido aos impactos da agricultura irrigada, que poderá caracterizar um conjunto complexo de informações, retendo apenas o significado essencial dos aspectos analisados (PALÁCIO, 2004).
As normas de Sistemas de Gestão Ambiental recomendam no item de objetivos e metas ambientais, que empreendimentos criem ou desenvolvam indicadores mensuráveis para que possam definir as ações a serem tomadas em projetos. Sendo que as finalidades dos indicadores na norma Gestão Ambientais são: (1) avaliação de desempenho ambiental, que vem auxiliar as áreas tanto gerenciais como as operacionais na elaboração de indicadores com a intenção de se atingir maiores desempenho; (2) avaliar a tendência, eficiência e eficácia, bem como oportunidades estratégicas de melhoria do desempenho ambiental (ABNT, 2004).
A primeira etapa de desenvolvimento de indicadores consiste em definir parâmetros que possam representar as condições do ambiente modificado por intervenções humanas. Posteriormente, definir os valores de referência para cada parâmetro, sendo ele o valor crítico
ou um apontador de sustentabilidade. A relação entre os parâmetros e indicadores, normalmente denominada de pirâmide de informações está apresentada na Figura 2. (Hammond, 1995).
Figura 2. A relação entre os parâmetros e índices denominada de pirâmide de
informações. Fonte: Hammond, 1995
No processo de desenvolvimento de um índice, os diferentes indicadores que o compõem devem ser ponderados. Entretanto, quando se consideram aspectos ambientais, econômicos e sociais essa atribuição de pesos ou ponderação, pode ser complexa. Dentre as limitações, Bossel (1999) afirma que a integração de indicadores em um único índice, causa a perda de informação essencial. Segundo o mesmo autor é necessário mais que um indicador para se obter os aspectos mais importantes de uma dada situação.
Segundo Guimarães e Feichas (2009), indicadores são ferramentas que permitem mensurar uma situação atual, com a finalidade de comunicar informações, apontar existência de riscos, potencialidades de um sistema e tendências de desenvolvimento, auxiliando tomadas de decisões de forma mais racional. São conjuntos de sinais que visam promover progresso de uma determinada ação buscando o desenvolvimento sustentável. Indicadores sinalizam aspectos relevantes na observação de certo sistema, e que através da interpretação de valores qualitativos e quantitativos, permite saber se o empreendimento apresenta ou não sustentabilidade.
Dentre alguns modelos de indicadores de sustentabilidade, destacam-se: (a) o Barômetro de Sustentabilidade (Sustainability Barometer), desenvolvido pelo pesquisador Prescott-Allen (2001) com uma construção flexível, entretanto, muito utilizado em escala global, trazendo desafios de se estabelecer escalas de desempenho (KRONEMBERGER et al., 2008); (b) o "Ecological Footprint Method", traduzido como pegada ecológica, proposto por Wackernagel e Rees (1996), transforma o consumo de matéria prima e assimilação de dejetos, de um sistema ou população em área de terra ou água produtiva baseadas em médias de consumo, considerada um método pouco científico e estático, não podendo ser extrapolado no tempo (BELLEN, 2004); (c) o Painel de Sustentabilidade (Dashboard Sustainability) criada no final da década de 1990, a ferramenta avalia a sustentabilidade considerando questões econômicas, sociais e ambientais, com a limitação de que as avaliações perdem sentido com tempo, devido às mudanças regionais (SCIPIONI et al., 2009); e, (d) MESMIS, sigla em espanhol que significa "Quadro de Avaliação da Sustentabilidade dos Sistemas de Gestão de Recursos Naturais" tem a capacidade de avaliar a sustentabilidade em diferentes sistemas de manejo em uma escala local, para um sistema específico, partindo da definição do objeto de estudo, seleção de indicadores a ser medidos, avaliação e monitoramento, além de recomendações para ajustes se necessário (MASERA et al., 2000).
Há uma necessidade pontual em criar ferramentas para avaliar o grau de sustentabilidade em sistemas de produção agrícolas. A utilização de sistemas de indicadores tem se tornado um importante elemento na determinação do desenvolvimento sustentável e na medida em que forem sendo reconhecidos tanto por órgãos públicos e privados, criarão um processo eficaz nas mudanças de prioridades a favor da sustentabilidade.
A Pegada Hídrica, "Water Footprint" instituído por Hoeskstra (2002) estima a assimilação dos recursos de água doce do planeta, sendo uma ferramenta que fornece um indicador que inclui o uso direto e indireto da água por um consumidor ou produtor.
No caso da cana-de-açúcar, estas ferramentas podem favorecer ações gerenciais de boas práticas agrícolas na utilização da água, conservação do solo, reuso de efluentes quando disponível, elevando os níveis de produtividade e qualidade da matéria-prima, trazendo ainda resultados positivos a sustentabilidade ambiental com a substituição do petróleo pelo etanol.
Além do mais, de acordo com Fioravante (2018) ao estudar propostas de melhoria baseadas na avaliação de sustentabilidade para a certificação, afirma que, na prática, o selo de certificação somente é concedido se 80% dos indicadores forem cumpridos como, por exemplo, a certificação "Bonsucro" que abordam assuntos chaves da sustentabilidade da produção de de-açúcar, como: uso da terra de alta biodiversidade para plantio de
cana-de-açúcar, medição de rendimento, poluição, efeitos no fornecimento de água, entre outras questões de esfera sócio-econômicas.
4.2.1 Pegada Hídrica
Como indicador de sustentabilidade, a pegada hídrica (PH) é capaz de monitorar ou ainda estimar o impacto de atividades sobre os recursos hídricos. Os indicadores de sustentabilidade devem ser usados e interpretados em conjunto visando à avaliação dos impactos ambientais de produção, em especial a agrícola.
O tema da pegada hídrica começou a ser discutido no Brasil, a partir de 2009, por gestores de água que compunham o "The Nature Conservancy" em Nova York e "World WideFound" na Suíça, com a participação da "Alliance for Water Stewardship". Assim os institutos brasileiros iniciaram o trabalho de estudos da pegada hídrica no país (EMPINOTTI e JACOBI, 2013).
A pegada hídrica é o volume de água consumido direta ou indiretamente para a produção de bens e/ou a prestação de serviços. De acordo com Silva et al. (2013) sendo um indicador de sustentabilidade, a PH é adequada para monitorar o impacto das atividades no meio ambiente, devendo ser usada e interpretada em conjunto com outros indicadores, possibilitando rápida tomada de decisão diante do manejo de produção.
Para a otimização da PH, a utilização do esgoto doméstico tratado é uma alternativa de reciclagem do efluente e contribui para a preservação do recurso hídrico, entretanto é imprescindível detectar o melhor manejo de irrigação, devido aos possíveis efeitos negativos sobre a qualidade do solo (GLOAGUEN et al., 2010). Um dos principais riscos a qualidade do solo seria a adição de nitrogênio além do necessário a cultura, devido ao alto potencial de lixiviação (LEAL et al., 2010), e posteriormente a sua deposição em corpos d'água, tornando-a imprópritornando-a ptornando-artornando-a o consumo.
De acordo com Hoekstra et al. (2012), nos últimos anos, foram implementados métodos para medir, mapear e monitorar da escassez de água no mundo, auxiliando o gerenciamento entre a disponibilidade e a demanda de água. Dentre esses métodos destaca-se a ferramenta denominada de “Pegada Hídrica” (PH), para gestão de recursos hídricos.
Conforme já citado, em torno de 70% de toda água utilizada no mundo é para produção agrícola e é neste sentido, que a metodologia de pegada hídrica tem sido usada como indicador do consumo de água, de pessoas e produtos em diversas partes do mundo (ZHAO et al., 2009; FENG et al., 2011)
Grande parte dos estudos que envolvem a PH na cultura da cana-de-açúcar baseia-se em dados estatísticos da FAO e apresenta resultados muitas vezes superestimados em termos de volume de água dado as condições edafoclimáticas e formas de manejo agrícola (SCHOLTEN, 2009; RESENDE, 2011; GERBENS-LEENES e HOEKSTRA, 2012).
A pegada hídrica é constituída basicamente por elementos, denominado como pegada hídrica azul (PH azul), verde (PH verde) e cinza (PH cinza), sendo a verde o volume de águas pluviais armazenada no solo e que se evapora dos campos de cultivo; a azul é o volume de água doce extraído de corpos hídricos, utilizada na irrigação. A PH verde, normalmente é calculada pela evapotranspiração da água pela cultura e a PH cinza é o volume da água contaminada como resultado dos processos de produção (CHAPAGAIN e HOEKSTRA, 2008; SILVA et al., 2013).
A PH verde é definida como sendo a água das precipitações armazenada por tempo limitado no solo ou permanece temporariamente na superfície do solo ou vegetação, representando o volume de água originária da chuva e consumida pelas plantas durante o processo de produção agrícola (HOEKSTRA, 2011). Medir o consumo de água verde pela atividade requer utilizar um conjunto de fórmulas empíricas ou com um modelo apropriado para estimar a evapotranspiração com base em dados de entrada das características do solo, clima e cultura.
Ainda o mesmo autor define que PH azul é um recurso hídrico provenientes de corpos d'água (1) quando a água é evaporada; (2) quando é incorporada em um produto ou serviço; (3) quando não retorna a mesma bacia hidrográfica; (4) ou quando a água não retorna no mesmo período, sendo retirada em períodos de seca e retornando no período chuvoso (HOEKSTRA et al., 2011). E ainda, segundo o mesmo autor, o conceito de PH cinza nasceu da importância em se reconhecer a dimensão do poluente traduzido em termos de volume de água necessário para diluir o mesmo de forma que eles se tornem inerte.
Geralmente, os valores de pegadas hídricas de culturas com manejo de irrigação são maiores que as cultivadas em sequeiro, entretanto, os autores Mekonnen e Hoekstra (2011), verificaram que as pegadas do milho, algodão, arroz e café irrigado foram inferiores ao cultivo não irrigado.
Em estudos da pegada hídrica mundial da cultura do algodão, no período de 1997- 2001, ficou constatado que o consumo mundial de algodão consome 256 Gm³ de água por ano, sendo 42% composto por água azul, 39% de água verde 19% de água cinza resultante de poluentes (CHAPAGAIN et al., 2006).
Vários pesquisadores relatam resultados de pegada hídrica relacionados ao cultivo de cana-de-açúcar em todo o mundo onde Su et al. (2015), por exemplo, apresentam uma pegada hídrica de 187 a 251 m-3 t-1, em diferentes áreas de Taiwan. No México, a média de pegada hídrica anual da cana irrigada verificada foi de 104,9 m-3 t-1 (HARO et al., 2014).
Barbosa et al. (2017) ao estudar a Pegada hídrica da cana-de-açúcar irrigada com esgoto tratado e água de reservatório, por gotejamento subsuperficial na mesma área deste experimento, verificou que a prática da irrigação com as duas qualidades de água reduz a pegada hídrica da cana-de-açúcar em comparação com o cultivo não irrigado. O mesmo autor concluiu ainda que a irrigação por gotejamento reduza a pegada hídrica cinza em relação ao cultivo não irrigado com adubação em cobertura.
O volume de água consumida durante o cultivo da cana-de-açúcar (absorção, evaporação e drenagem), é de suma importância para o futuro da sustentabilidade agrícola. Desta forma, é conveniente utilizar essas informações para desenvolver métodos ágeis de gestão que garantam a sustentabilidade da produção de açúcar e de álcool, além outros produtos derivados.
4.2.2 Índice de qualidade do solo (IQS)
Os autores Doran e Parkin (1994) definem a qualidade do solo como sendo a capacidade do mesmo funcionar dentro dos limites de um ecossistema natural ou manejado de forma a manter a produtividade e promover a sustentabilidade ambiental. As altas produções de bem e serviços vem gerando degradação ambiental, incluindo contaminação de solos trazendo riscos a sustentabilidade dos sistemas produtivos (MOTA e VALLADARES, 2011).
De acordo com Melloni et al. (2008), estudos sobre sustentabilidade ambiental em sistemas agrícolas devem focar em desafios ao desenvolvimento de metodologias capazes de avaliar a qualidade do solo e suas interações com o ambiente. Atualmente, há um empenho em tentar quantificar e qualificar diferentes atributos do solo que possam expressar a sustentabilidade, mostrados na forma de indicadores de qualidade do solo.
Existem diversos modelos e métodos para calcular um índice de qualidade do solo, sendo praticamente com conceitos similares e procedem daqueles propostos para determinação dos índices de produtividade (CHAER, 2001). O mesmo autor modificou o IQS para avaliar o efeito de diferentes manejos na cultura do eucalipto sobre a qualidade do solo e observou que se trata de uma metodologia efetiva para analisar alterações no solo em função
das práticas de manejo e seus efeitos na qualidade, concluindo que os índices mais elevados correspondem aos solos com melhor qualidade.
Os diferentes atributos do solo permitem formar diversas funções para avaliações, tais como: (1) meio para o crescimento das plantas; (2) regular, estocar e proteger o fluxo de água no ambiente; (3) promover a ciclagem de nutrientes e armazená-los; e, (4) servir como tampão ambiental na formação, atenuação e degradação de compostos prejudiciais ao ambiente (KARLEN et al., 1997; BLUM, 2005).
Uma metodologia de construção de um índice de qualidade do solo foi o proposto por Karlen e Stott (1994) usando uma série de funções principais do solo, às quais são atribuídos pesos e são integradas em um único valor (IQS). A estrutura começa com uma padronização de escores, que foi criada para sistemas de engenharia por Wymore em 1993 (GLOVER et al., 2000), possuindo três tipos de curvas de padronização, sendo elas: (1) “mais é melhor” com declividade positiva, usada para padronizar atributos do solo em que os maiores valores melhoram sua qualidade; (2) “menos é melhor” com declividade negativa e padronizam atributos em que a qualidade do solo está associada aos menores valores destes e (3) “ótimo” com declividade positiva até o valor máximo e é usada para indicadores que apresentam efeito positivo na qualidade do solo até determinado valor, a partir do qual sua influência é negativa. Um exemplo está apresentado no Gráfico 2.
Gráfico2. Curvas de padronização do tipo "mais é melhor", "ótimo" e "menos é
melhor". Fonte: Autor 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Esco re Matéria Orgânica
