Salinização do Solo: Causas e Processos de Controle

(1)

Saliniza

Saliniza ç ç ão do Solo: Causas e ão do Solo: Causas e Processos de Controle

Processos de Controle

Maria da Concei

Maria da Conceiçção Gonão Gonççalvesalves Tiago Brito Ramos

Tiago Brito Ramos

JosJosé é Casimiro Martins Casimiro Martins

Instituto Nacional de Recursos Biol

Instituto Nacional de Recursos Biológicos, I. P.ógicos, I. P.

LL--INIA, INIA, Unidade de Ambiente e Recursos NaturaisUnidade de Ambiente e Recursos Naturais, Oeiras, Oeiras Ex. Esta

Ex. Estaçção Agronão Agronómica Nacionalómica Nacional Av. Republica, 2784

Av. Republica, 2784-505 Oeiras, PORTUGAL-505 Oeiras, PORTUGAL Email: maria.goncalves@inrb.pt

Email: maria.goncalves@inrb.pt

(2)

O O Solo Solo é é um sistema vivo que presta serviçum sistema vivo que presta serviços os essenciais para a sobrevivência da sociedade e dos essenciais para a sobrevivência da sociedade e dos ecossistemas

ecossistemas

As 8 principais amea

As 8 principais ameaçças ao Solo (processos de as ao Solo (processos de degrada

degradaçção) indicadas na Estratão) indicadas na Estratéégia Temgia Temáática para tica para a Protec

a Protecçção do Solo são:ão do Solo são:

- - ErosãoErosão

- Decl- Declíínio da matnio da matééria orgânicaria orgânica - Contamina- Contaminaççãoão

- Impermeabiliza- Impermeabilizaççãoão - Compacta- Compactaççãoão

- Decl- Declíínio da biodiversidadenio da biodiversidade - Saliniza- Salinizaççãoão

- Deslizamento de terras- Deslizamento de terras

Zonas

Zonas ááridas, ridas, semi-semi-ááridas e ridas e sub-sub-hhúmidas úmidas secas

secas

(P/ET0 entre 0.05 (P/ET0 entre 0.05 e 0.65

e 0.65

Desertifica Desertificaççãoão

INTRODUÇÃO INTRODU

INTRODU Ç Ç ÃO ÃO

(3)

Salinização

é um processo que conduz ao aumento da concentração da solução do solo em sais solúveis ( Na

⁺

, Ca

²⁺

, Mg

²⁺

, K

⁺

) para níveis prejudiciais às plantas.

Sodização

é o processo pelo qual o ião Na

⁺

, ganha preponderância no complexo de troca do solo, podendo causar a perda de uma ou mais funções do solo.

A sodização é a maior ameaça da salinização.

Muitas vezes é erradamente considerada como um sinónimo de salinização

Salinização/sodização do solo

(4)

O Sódio tem um efeito negativo nas propriedades do solo e no crescimento das plantas.

(por exemplo: a dispersão das argilas destrói a estrutura do solo diminuindo a infiltração, a condutividade hidráulica e a retenção da água no solo, conduzindo a um aumento da erosão)

A dinâmica do Sódio está associada à

dinâmica dos outros catiões,

nomeadamente do Cálcio e do Magnésio.

(5)

A acumulação de sais no solo está ligada à existência de uma fonte de sais, a uma evapotranspiração alimentada por água rica em sais e à insuficiência de precipitação e/ou de drenagem que permitam a lixiviação dos sais.

Principais causas da Salinização do Solo

Algumas das causas são naturais mas outras resultam da intervenção humana

Causas naturais mais comuns de Salinização (Salinização Primária):

• Presença de toalhas de água de origem marinha e/ou acção directa das marés em regiões costeiras;

• Presença de toalhas freáticas ricas em sais provenientes da meteorização das rochas

(6)

Causas mais comuns de salinização induzidas pelo homem (Salinização Secundária):

• Uso de solos impróprios ou mal adaptados para a prática do regadio (com cinética lenta e sem sistema de drenagem);

• Rega com água rica em sais;

• Má condução da rega (dotações de rega desadequadas, distribuição desigual da água);

• Subida da toalha freática (redução da evapotranspiração por modificação da vegetação, excesso de rega ou infiltração de água a partir de reservatórios/canais de rega);

• Uso intensivo de fertilizantes ou correctivos, particularmente em condições de limitada lixiviação;

• Contaminação do solo com águas residuais ou produtos salinos de origem industrial.

(7)

Mede a capacidade do solo para trocar sódio

Mede a capacidade da solução do solo e da água de percolação trocarem sódio com o solo

Indicadores dos riscos de Salinização/

Sodização

Condutividade eléctrica, EC

Relacionada com a totalidade dos sais existentes no solo ou na solução do solo

2

) (

2

2 



 

Mg Ca

SAR Na

) 100

( 





CEC

ESP Na

(8)

Os processos de salinização e sodização dão origem principalmente a dois tipos de solos:

SOLOS SALINOS: solos com condutividade eléctrica da pasta saturada >4 dS m^-1(~40 mmol_cL^-1)

SOLOS SÓDICOS: solos com Na de troca >15% (ou Na+Mg >50%)

(9)

A taxa de salinização depende:

• do conteúdo total de sais da água de rega,

• da taxa de evaporação/evapotranspiração,

• do total de precipitação durante o ano,

• da dinâmica da água no solo.

• A taxa de sodização depende:

• do SAR da água de rega (Na

⁺

, Ca

²⁺

, Mg

²⁺

)

• do ESP do solo,

• da relação SAR/ESP (propriedades do solo)

(10)

Processos de controlo da salinização/sodização

Têm de ser baseados no conhecimento:

• da dinâmica da água no solo

• das relações entre as concentrações de sais solúveis e adsorvidos no solo

Utilizar como ferramenta a modelação Avaliar a gestão da rega

Prever os efeitos da qualidade da água de

rega no solo e nas águas subterrâneas

(11)

Modelação efectuada com o modelo HYDRUS

• Equação de Richards para os fluxos de água no solo,

• Equação de Convecção-Dispersão para o transporte de solutos,

• Equações para a dinâmica do ESP – SAR.

http://www.pc-progress.com/en/Default.aspx

(12)

Estudo da influência da qualidade da água de rega na salinização e na sodicização do solo

Avaliação da capacidade do HYDRUS-1D na simulação:

- Teor e fluxos de água no solo

- Concentrações dos catiões individuais (Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) - Salinidade (Condutividade eléctrica – CE)

- Razão de adsorção de sódio (SAR) - Percentagem de sódio de troca (ESP)

Caso Estudado:

Calibração / Validação em:

Caso I - lísimetros

Caso II - ensaios de rega

(13)

Caso I

Caso I – – Lisimetros de solo Lisimetros de solo

•• 3 lisimetros construí3 lisimetros construídos num Fluvissolo (1.2 mdos num Fluvissolo (1.2 m²² x 1 m) x 1 m)

•• Drenagem livreDrenagem livre

•• VegetaçVegetação espontâneaão espontânea

•• de Maio 2001 a Setembro 2004de Maio 2001 a Setembro 2004

•• 4 ciclos de rega e 3 ciclos e lavagem pela chuva4 ciclos de rega e 3 ciclos e lavagem pela chuva

•• Profundidades de monitorizaProfundidades de monitorizaçção ão – – 10, 30, 50 and 70 cm10, 30, 50 and 70 cm

•• Rega manual Rega manual

•• Qualidade da Qualidade da áágua de rega:gua de rega:

- - EC de 0.3 a 3.2 dS mEC de 0.3 a 3.2 dS m--11 - - Na+ de 1 a 17 meq LNa+ de 1 a 17 meq L--11 - - Ca2+ de 1 a 5.1 meq LCa2+ de 1 a 5.1 meq L--11 - - Mg2+ de 1 a 10.2 meq LMg2+ de 1 a 10.2 meq L--11

(14)

Caso II

Caso II – – Produ Produ ç ç ão de Milho com ão de Milho com á á gua salina gua salina

•• 2 campos experimentais num Fluvissolo e num Antrossolo 2 campos experimentais num Fluvissolo e num Antrossolo

•• Drenagem livreDrenagem livre

•• Cultura de milho grãoCultura de milho grão

•• De Junho 2004 a Fevereiro 2007De Junho 2004 a Fevereiro 2007

•• 3 ciclos de rega e 3 ciclos de lavagem pela chuva3 ciclos de rega e 3 ciclos de lavagem pela chuva

•• Profundidades de monitorizaProfundidades de monitorizaçção ão - - 20, 40 and 60 cm20, 40 and 60 cm

•• Rega gota a gotaRega gota a gota

•• Qualidade da Qualidade da áágua de rega:gua de rega:

- - CE de 0.3 a 10 dS mCE de 0.3 a 10 dS m^-1^-¹ - - NaNa⁺⁺ de 1 a 100 meq Lde 1 a 100 meq L^-1^-¹

(15)

Final view of the experimental Final view of the experimental

field field

Monitorização dos ciclos de rega e de lavagem

• Teor de água no solo com TDR

• Condutividade eléctrica da solução do solo

• Catiões solúveis da solução do solo

Amostragem antes e depois de cada ciclo de rega

• Condutividade eléctrica da pasta de saturação

• Catiões solúveis na pasta de saturação

• Catiões de troca

• Capacidade de troca catiónica

• Razão de adsorção de sódio (SAR)

• Percentagem de sódio de troca (ESP)

2

) (

2

2 



 

Mg Ca

SAR Na

) 100

( x

CEC ESP Na





(16)

Dados de entrada Dados de entrada necess

necess á á rios rios à à modela modela ç ç ão ão

(17)

•• Limites das camadas de solo Limites das camadas de solo

•• Coeficientes de troca de GaponCoeficientes de troca de Gapon

• Condi• Condiçções de fronteiraões de fronteira

Fronteira superior: Fluxos de água Fronteira inferior: Drenagem livre

•• PerPerííodo de tempo da simulaodo de tempo da simulaçção ão

•• Parâmetros de transporte de solutosParâmetros de transporte de solutos

•• Propriedades hidráPropriedades hidráulicas do soloulicas do solo

•• DistribuiDistribuiçção radicalão radical

•• ConcentraConcentraçção ião ióónica das nica das ááguas de regaguas de rega

•• CondiçCondições iniciais do soloões iniciais do solo

Dados de entrada

(18)

Surface Surface Superf

Superf í í cie do solo cie do solo

(condi

(condi ç ç ão fronteira superior) ão fronteira superior)

• • Precipita Precipita ç ç ão (di ão (di á á ria) / ria) / Á Á gua de rega gua de rega

• • ET ET

₀₀

di di á á ria (Penman ria (Penman - - Monteith) Monteith)

• • ET ET

_c_c

= ET = ET

₀₀

  K K

_c_c

• • Transpira Transpira ç ç ão das plantas (T) = ET ão das plantas (T) = ET

_c_c

  Cobertura Cobertura do solo

do solo em fun em fun ç ç ão do LAI ão do LAI

• • Evapora Evapora ç ç ão do solo (E) = ET ão do solo (E) = ET

_c_c

- - T T

(19)

Condi

Condi ç ç ões iniciais do solo ões iniciais do solo

• • Teor de Teor de á á gua do solo, TDR gua do solo, TDR

• • Densidade aparente Densidade aparente

• • Catiões sol Catiões sol ú ú veis do extracto de satura veis do extracto de satura ç ç ão ão Na Na

⁺⁺

, Ca , Ca

²⁺²⁺

, Mg , Mg

²⁺²⁺

, K , K

⁺⁺

• • Catiões de troca Catiões de troca

Na Na

⁺⁺

, Ca , Ca

²⁺²⁺

, Mg , Mg

²⁺²⁺

, K , K

⁺⁺

• • Capacidade de troca cati Capacidade de troca cati ó ó nica (CTC) nica (CTC)

(20)

Propriedades hidr

Propriedades hidr á á ulicas do solo ulicas do solo

• • Medidas no laborat Medidas no laborat ó ó rio rio

- - Mesas de sucMesas de sucççãoão - - Panelas de pressãoPanelas de pressão

- - MMéétodo da evaporatodo da evaporaççãoão - - MMéétodo da crostatodo da crosta

- - MMéétodo do ar quentetodo do ar quente

• • Parametriza Parametriza ç ç ão das curvas com o modelo de ão das curvas com o modelo de Mualem

Mualem - - van Genuchten (RETC) van Genuchten (RETC)

(21)

Parâmetros de transporte de solutos Parâmetros de transporte de solutos

- - Curvas de breakthrough usando Curvas de breakthrough usando cloretos com tra

cloretos com tra ç ç ador ador

- - CXTFIT 2.1 (STANMOD) CXTFIT 2.1 (STANMOD)

(22)

PROPSOLO

PROPSOLO - Base de Dados de Propriedades do Solo- Base de Dados de Propriedades do Solo

Ramos et al. ( 2010)

(23)

PROPSOLO

PROPSOLO - - Base de Dados de Base de Dados de Propriedades do Solo

Propriedades do Solo

•

Solos correspondentes a 10 Grupos de Referência FAO

• Representadas 56 famílias de solos, Classificação Portuguesa

• 261 perfis de solo

• 713 horizontes/camadas de solo

• 585 curvas de retenção

• 263 curvas de condutividade hidráulica

• 28 BTC

(24)

Fun Fun ç ç ões de Pedotransferência ões de Pedotransferência

Propriedades hidr

Propriedades hidrááulicasulicas

Parâmetros de transporte de solutos Parâmetros de transporte de solutos

_r= 0.33 - 0.0016 S + 0.0071OM - 0.20 _b

_s= 1.00 - 0.00052 FS + 0.040 GPD - 0.35 _b

ln  = -6.84 + 0.63ln CS - 0.45 ln S - 0.65 ln GPD - 0.74 ln _b+ 1.38 ln pH n = 1.14 + 0.0025 FS + 0.74 GPD + 0.00037 GSD - 0.020 pH

l = 1.62 - 0.11 S - 0.29 C + 0.043 GSD + 0.39 OM - 0.43 pH

log10 Ks = 4.82 - 0.95log10 FS - 1.61 log10 S + 1.18 log10 OM + 0.27 log10 Z

logD = 2.524 - 0.389OM + 1.005logK_sat,m– 2.005_r+ 0.895log

R = -0.134 + 0.051FS + 3.38GPD + 0.0018GSD - 0.269OM - 1.075_b+0.133pH - 0.004K_sat,m- 1.89 + 0.0039K_s)

= -5.65 + 0.0021GSD - 0.1104OM + 1.41_b- 0.047pH + 0.061 - 3.13_r- 4.05_s+ 4.42 +2.097n - 0.048

log= - 11.37 - 0.0199S - 0.2126C + 0.0324GSD + 0.7136pH - 0.778logKsat,m - 2.239log + 4.27n + 1.988logKs Gonçalves, et al. (1999)

Gonçalves, et al. (2001)

(25)

Coeficientes de troca de Gapon Coeficientes de troca de Gapon

( )

=

₂ ₁_/₂

2 Na

/

Ca 



Ca Na Na

K Ca

1 Mz

T i

i

c = c





• • Determinados a partir das condi Determinados a partir das condi ç ç ões iniciais ões iniciais do solo (Catiões sol

do solo (Catiões sol úveis e de troca) ú veis e de troca)

(26)

Distribui

Distribui ç ç ão radical ão radical

• Monitorização com minirizotrão com câmara de vídeo digital

(27)

Exemplos de Exemplos de

Resultados Resultados

Obtidos

(28)

Simula

Simula ç ç ão do teor de ão do teor de á á gua nos mon gua nos mon ó ó litos litos

10 cm

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Water content (cm3 cm-3 )

70 cm

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Time (d) Water content (cm3 cm-3 )

Measured Simulated

I I I

I R R R

(29)

Condutividade el

Condutividade el é é ctrica ctrica

GI A - HYDRUS GI A - Measured GIV C - HYDRUS GIV C - Measured

Measured A Simulated A Measured B Simulated B Measured C Simulated C Measured A Simulated A Measured B Simulated B Measured C Simulated C

Produ

Produçção de milhoão de milho

LLísimetrosísimetros

(30)

Concenta

Concenta ç ç ão de s ão de s ó ó dio Na dio Na

⁺⁺

Produ

Produçção de milhoão de milho

LLísimetrosísimetros

(31)

Simula

Simula ç ç ão da concentra ão da concentra ç ç ão de Ca ão de Ca

²⁺²⁺

Ensaio de rega Ensaio de rega

MonMonólitosólitos

(32)

Simula

Simula ç ç ão da concentra ão da concentra ç ç ão de Mg ão de Mg

²⁺²⁺

Ensaio de rega Ensaio de rega

(33)

Razão de Adsor

Razão de Adsor ç ç ão de S ão de S ó ó dio (SAR) dio (SAR)

(34)

Percentagem de S

Percentagem de S ó ó dio de Troca (ESP) dio de Troca (ESP)

Medidos A Simulados A Medidos B Simulados B Medidos C Simulados C

Setembro 2001

0 20 40 60 80 100

0 4 8 12 16 20

%

Prof. (cm)

Maio 2002 0

20 40 60 80 100

0 4 8 12 16 20

%

Prof. (cm)

Março 2004

0 20 40 60 80 100

0 4 8 12 16 20

%

Prof. (cm)

Setembro 2004

0 20 40 60 80 100

0 4 8 12 16 20

%

Prof. (cm)

(35)

• • Os riscos de saliniza Os riscos de saliniza ç ç ão/sodiza ão/sodiza ç ç ão dependem ão dependem das condi

das condi ç ç ões clim ões clim á á ticas, da qualidade da ticas, da qualidade da á á gua gua de rega e das propriedades do solo.

de rega e das propriedades do solo.

• • O seu controlo necessita de estudos integrados O seu controlo necessita de estudos integrados incluindo o das reac

incluindo o das reac ç ç ões de troca cati ões de troca cati ó ó nica nica (S (S ó ó dio, C dio, C á á lcio e Magn lcio e Magn é é sio). sio).

• • A modela A modela ç ç ão mostrou ser capaz de simular a ão mostrou ser capaz de simular a dinâmica dos solutos, sendo uma ferramenta dinâmica dos solutos, sendo uma ferramenta

essencial para a gestão da

essencial para a gestão da á á gua no solo e para gua no solo e para o controlo da saliniza

o controlo da saliniza ç ç ão/sodiza ão/sodiza ç ç ão do solo. ão do solo.

Conclusões

(36)

• • O modelo HYDRUS O modelo HYDRUS - - 1D simulou, com sucesso, o 1D simulou, com sucesso, o movimento da

movimento da á á gua no solo e o efeito da gua no solo e o efeito da aplica

aplica ç ç ão de diferentes qualidades de ão de diferentes qualidades de á á gua de gua de rega na geoqu

rega na geoqu í í mica dos solos estudados. mica dos solos estudados.

• • Embora sejam necess Embora sejam necess á á rios muitos parâmetros, rios muitos parâmetros, o modelo

o modelo é é mais sens mais sens í í vel vel à à s condi s condi ç ç ões ões clim clim á á ticas, ticas, à à s propriedades hidr s propriedades hidr á á ulicas do solo, ulicas do solo,

aos parâmetros de transporte de solutos e aos parâmetros de transporte de solutos e

coeficientes de troca de Gapon.

Conclusões

(37)

• • Este modelo Este modelo é é uma ferramenta de grande valia uma ferramenta de grande valia na avalia

na avalia ç ç ão das pr ão das pr á á ticas agr ticas agr í í colas e na colas e na previsão do efeito da qualidade das

previsão do efeito da qualidade das á á guas de guas de rega no solo e nos aqu

rega no solo e nos aqu í í feros . feros .

• • Modelos, como o HYDRUS Modelos, como o HYDRUS - - 1D, devem ser 1D, devem ser usados para estabelecer pr

usados para estabelecer pr á á ticas de regadio ticas de regadio sustent

sustent á á veis com vista veis com vista à à minimiza minimiza ç ç ão dos ão dos riscos ambientais.

riscos ambientais.

Conclusões

(38)

Muito obrigada pela vossa atenção

(39)