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APORTE DE NUTRIENTES EM EVENTOS DE CHEIA

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Academic year: 2021

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APORTE DE NUTRIENTES EM EVENTOS DE CHEIA

Vander Kaufmann1, Adilson Pinheiro2, Nilza Maria dos Reis Castro3, David da Motta Marques3 & Marcos Rivail da Silva2

RESUMO – O transporte de nutrientes em rios é influenciado pelas ondas de cheia e atividades agrícolas da bacia hidrográfica. Neste trabalho nós avaliamos o efeito de ondas de cheias promovidas por chuvas intensas na exportação de fosfato, nitrito, nitrato, carbono orgânico e carbono inorgânico em uma bacia agrícola com 29,74 km2, do Ribeirão Concórdia, localizado no município de Lontras, SC. Foram analisados 12 eventos de cheia de abril a novembro de 2008, Para o período de amostragem as concentrações de fósforo reativo solúvel (P-PO4--), nitrato (NO3-), e de

nitrito (NO2-), mostram correlação com a aplicação de fertilizante e preparo das áreas para cultivo

agrícola. A mobilização do solo provocou um aumento das concentrações destes nutrientes. O aumento da vazão diminui a concentração do fosfato. As concentrações finais de nitrogênio no corpo hídrico estão associadas aos efeitos da carga de lavagem. O transporte de carbono orgânico (TOC) e carbono inorgânico (IC) não acompanham o efeito de uso do solo sendo influenciado pelo comportamento da água na bacia hidrográfica e disponibilidade no solo. A medida que diminui o escoamento superficial diminui a concentração de IC e TOC na água.

Palavras chave: eventos de cheia, uso do solo, exportação de nutrientes.

Abstract - The transport of nutrients is influenced by waves of flood and farming activities of the basin. This work aims to evaluate the effect of heavy rainfall and seasonality in the transport of phosphate, nitrite, nitrate, organic carbon and inorganic carbon in agricultural watershed with 29.74 km². We analyzed 12 storm’s events during April-November 2008, the experimental pond and representative of Ribeirão Concórdia, SC. The concentrations of phosphate (P-PO4--), nitrate (NO3-),

and nitrite (NO2-), were affected by the application of fertilizer and the preparation of areas for

agricultural cultivation. The mobilization of the soil caused an increase in concentrations of nitrate, nitrite and phosphate. Increased flow decreases the concentration of phosphate. The final concentrations of nitrogen in the water body are linked to the effects of loading washing. The transport of organic carbon (TOC) and inorganic carbon (IC) did not monitor the effect of land use is influenced by the intensity of precipitation, available surface and runoff. The measure that reduces the runoff decreases the concentration of IC and TOC.

Keywords: Storm, land use, export, nutrients.

1 Doutorando Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental IPH/UFRGS. Rua Jequié, 74, Itoupava Seca, CEP 89030-350, Blumenau, SC.

ambitec@bol.com.br

2 Professor da Universidade Regional de Blumenau, Rua São Paulo, 3250, 89030-000, Blumenau, SC, email: pinheiro@furb.br, rivail@furb.br 3 Professor (a) Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Av. Bento Gonçalves, 9500 - CEP 91501-970

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INTRODUÇÃO

As atividades humanas continuamente modificam as águas continentais. Entender os mecanismos dinâmicos de transferências de nutrientes e sedimentos em bacias hidrográficas é importante para determinar a qualidade dos recursos. As complexas dinâmicas dos nutrientes estão sujeitas a interferência de fatores ambientais característicos de cada região e dos fatores edafoclimáticos (Miranda et al. 2006). Caracteres de relevo, tipos de solo, idade dos solos, intensidade e quantidade de precipitações, usos da bacia, manejos agrícolas, estações do ano, tempo de permanência, entre outros, governam as descargas de nutrientes e sedimentos (Scanlon et al. 2004; Mcdowell e Wilcock, 2004; Evans e Johnes, 2004; Kato et al. 2009). Eles afetam a dinâmica química, aportando nutrientes na coluna de água e nos sedimentos suspensos sendo exportados ou retidos pela coluna de água interferindo no ciclo biológico e geoquímico dos elementos e nutrientes nos sistemas aquáticos (Horowitz, 2008; Kato et al. 2009).

Os nutrientes fósforo, nitrogênio e carbono, podem ser encontrados como espécies inorgânicas dissolvidas, complexos orgânicos ou associados com o material particulado (Ernstberger et al. 2004; Dawson et al. 2002; Chapman et al. 1998).

Carbono orgânico dissolvido e o nitrogênio são muito dinâmicos nos rios e estão atrelados ao processo de acidificação das águas (Mortatti, et al. 2006; Wagner et al. 2008), com a produtividade heterotrófica primária e respiração do curso do rio (Dalzell et al. 2005). As investigações demonstram que a maioria dos nutrientes e perdas de carbono geralmente ocorre durante os eventos da precipitação, e que durante as chuvas intensas geralmente é determinada a resultante química do evento (Wagner et al. 2008; Marotta, et al. 2008), isto é a concentração são característicos a cada evento. O fósforo, em particular, pode interagir com os sedimentos, com precipitados contendo cálcio ou retornar ao ciclo biológico. Esses fatores são responsáveis pela retirada temporária de grande fração da carga de fosfato dissolvida no rio (House, 2003; Jarvie et al. 2002; Mendiguchía et al. 2007). No entanto, muita incerteza permanece sobre os processos que controlam o transporte de nitrato e carbono dissolvido a riachos durante a ocorrência de ondas de cheia.

O uso do solo nas últimas décadas e a implementação do uso excessivo de adubos químicos vem se intensificando, aumentando a carga de nutrientes transportadas das lavouras para os rios, afetando as concentrações nas épocas de cultivo (Goswami, et al. 2009; Casali et al. 2008). Uso de determinadas adubações minerais favorecem o transporte dissolvido dos nutrientes (Miranda et al. 2006; Niedermeier e Robinson, 2009). Adoção de práticas agrícolas pode aumentar a presença de determinado elemento químico (Kurtz et al. 2005). Isto acontece por causa das necessidades nutricionais das plantas, sendo empregada fertilizante mineral e quantidade para cada espécie.

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Os diferentes sistemas de cultivo (plantio direto, cultivo-mínimo, sistema convencional) afetam o uso do solo e refletem no escoamento de água na bacia, influenciando na dinâmica hidrológica e química do rio (Mattsson et al. 2009). A sazonalidade é importante no cultivo dos vegetais e direcionam as atividades agropecuárias. A introdução das culturas agrícolas está intimamente ligada aos tratos culturais das próprias, pelo fato que cada cultivar possuir suas necessidades nutricionais, afetando a disponibilidade dos nutrientes.

Recentemente a atenção centrou-se sobre o papel importante que a litologia sub-superficial e a estratigrafia tem sobre o controle de muitos processos presentes na zona ribeirinha (Schilling et al. 2009; Wilson et al. 2007; Simon e Rinaldi, 2006, Fox et al. 2007). Mobilização e transporte de fósforo a partir da disponibilização dos sedimentos pode contribuir para a eutrofização das águas superficiais (Sharpley et al. 2003; Laubel et al. 2003; Zaimes et al. 2008a, b).

A dinâmica erosiva das vertentes das bacias é associada às características do substrato e do regolito e aos fatores hidrogeológicos de fluxos das águas, determinando o tempo de residência das águas (Desir e Marin, 2007; Trimble, 2009; Estrany et al. 2009). Em bacias hidrográficas a entrada de nutrientes provenientes de atividades antrópicas é de forma esparsa ou difusa, contribuindo nas diferentes escalas (Kato et al. 2009; Casali et al. 2008). A sua distribuição na bacia depende da rota que a água toma neste caminho (Trimble, 2009). A exportação de nutrientes, como o nitrogênio e o carbono, é sub-superficial e acontecem de forma difusa no espaço e tempo (Kaufmann et al. 2009; Wang et al. 2009). O fosfato presente na superfície do solo é transportado ligado ao sedimento durante os eventos de cheia (Meynendonckx, et al., 2006; Marotta, et al. 2008) e apenas uma parte dele é transportado em sub-superfície (Kaufmann et al. 2009; Godlinski et al. 2008; Santos et al. 2008).

As atividades de ocupação dos espaços rurais com práticas agrícolas de preparo e cultivo, abertura de estradas, criação de animais são ações antrópicas que alteram a dinâmica dos fluxos superficiais e sub-superficiais da água nas bacias hidrográficas (Dalzell et al. 2007; Hunter e Walton, 2008). A qualidade da água a jusante de um determinado ponto é fortemente dependente da diluição potencial dos córregos de cabeceiras que recebem poluentes de origem difusa (Withers e Hodgkinson, 2009). A influência das práticas agrícolas sobre as concentrações e cargas dos nutrientes entre as zonas de várzea das cabeceiras e o fluxo é, portanto, de grande importância potencial, não só em termos de impactos da eutrofização, mas também no que diz respeito a ajudar a compensar os impactos ecológicos de grandes descargas de nutrientes, associadas as atividades antrópicas a jusante (Bowes et al. 2003; Miranda et al. 2006). Um bom entendimento dos efeitos dos sistemas agrícolas e das práticas agrícolas sobre a transferência de solo nas enxurradas e fluxo dos nutrientes é, pois, necessária para ajudar a identificar onde as atividades de mitigação seriam mais bem orientadas em bacias hidrográficas afetadas pela eutrofização.

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O objetivo do estudo é caracterizar a presença de fosfato, nitrito, nitrato, carbono orgânico e carbono inorgânico nos eventos de chuva geradores de ondas de cheia. Será analisados também o efeito do transporte de nutrientes associados a cultivo agrícola e o revolvimento dos solos. As variações das concentrações dos nutrientes no escoamento fluvial definirão o transporte de nutrientes na bacia agrícola.

MATERIAIS E MÉTODOS Áreas de estudo

A microbacia estudada tem 29,74 km² é integrante da rede de pesquisa em bacias representativas e experimentais do bioma da mata atlântica na região sul do Brasil. A região climática, de acordo com a classificação de Thornthwaite, é definida como sendo clima Mesotérmico Úmido do tipo B3 B'3 ra', sem presença de estação seca definida (EPAGRI, 1999).

Os principais usos na bacia são mata nativa (47,61%), pastagem (20,35%) e milho (9,29%) (Pinheiro et al. 2008). A Tabela 1 traz a distribuição do tipo de solo e o uso da superfície e a Figura 1 a localização da bacia hidrográfica.

Tabela 1 - Distribuição do tipo de solo e uso da terra na bacia contribuinte

Tipo de solo Área (km²) % Uso do solo Área (km²) %

Argissolo vermelho-amarelo alítico típico (inferior) 17,24 17,24 Mata Nativa 15,03 48,11 Cambissolo háplico Ta distrófico típico Cxv 6,41 6,41 Não classificado 7,84 25,11 Cambissolo háplico alumínico típico Cxa

8,52 8,52 Pastagem 4,01 12,85

Cambissolo húmico alumínico típico Cha

0,54 0,54 Reflorestamento 1,82 5,84

Gleissolo háplico Ta alumínico típico Gxva

1,05 1,05 Cultivo de cereais 1,28 4,11

Outros cultivos 0,71 2,27

Cultivo de solanáceas 0,17 0,55

Área descoberta 0,08 0,25

Outros a 0,29 0,93

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Figura 1 – Tipos de solo e localização da bacia hidrográfica do Ribeirão Concórdia – Lontras – SC.

Uso do solo e práticas agrícolas adotadas na microbacia

O uso do solo está condicionado ao relevo e as características edáficas. Sazonalmente os agricultores da região utilizam fertilizantes químicos e orgânicos, além de corretivos fosfatados. Nestes períodos acrescenta-se grande quantidade de nutrientes na microbacia. O uso do solo da área da pesquisa apresenta aptidão agrícola para cultivo agroflorestal, cultivo de hortaliças, plantio de cereais e criação de animais.

Em abril e maio de cada ano, os produtores rurais preparam o solo para plantio de hortaliças. As principais são o pepino, feijão de vagem, cebola e alho. É nesta época também que se prepara o solo para plantio da pastagem de inverno. A partir da segunda quinzena de agosto até o início de outubro é iniciada a preparação da área para plantio de tabaco e dos cereais. Algumas áreas neste período são lavradas promovendo intensa movimentação de solo.

Na implantação das lavouras são usados fertilizantes fosfatados e nitrogenados, além do uso de carbonato de cálcio como corretivo. Nos tratos culturais, que vem posteriormente ao plantio, a adubação utilizada é principalmente o nitrato de amônia.

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Monitoramento e análise dos dados

A metodologia compreende a coleta de amostras de água durante a ocorrência de ondas de cheias. Ela está instalada na bacia controlando uma área de drenagem de 29,74 km2. Nesta seção fluviométrica foram instalados amostradores para coleta de água durante a passagem da onda de cheia. O primeiro é utilizado para coleta de amostras de água na fase ascendente do hidrograma de cheias e o segundo coleta amostras na fase de recessão do hidrograma. Estes dois aparelhos são denominados de ANA – amostrador de nível ascendente e AND – amostrador de nível descendente. A metodologia de construção destes amostradores foi desenvolvida originalmente por Umezawa (1979), sendo modificado por Paranhos et al. (2002).

Apesar de ser difícil estipular qual a forma de fluxo de água antes e durante o evento, foi determinado através do uso do software ARCGIS e do aplicativo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) os momentos de fluxos (Easton et al. 2008). Além dos 12 eventos de cheia foram analisadas três séries de amostras coletadas entre os eventos de precipitação. Assim reuniram-se ao acaso quatro formas de escoamento: super seco, fluxo de base, fluxo intermediário ao fluxo de base e evento de cheia, evento de cheia e escorrimento lateral.

Para a análise de dados temporais utilizou-se a média ponderada de cada nível associada a vazão nos eventos de precipitação.

Determinação das concentrações de nutrientes

Nas amostras de água foram determinadas as concentrações dos nutrientes, nitrato (N-NO

-3

), nitrito (N-NO-2), fosfato (P-PO43-), carbono total (CT), carbono orgânico total (COT) e carbono

inorgânico (CI). Para determinação das concentrações dos nutrientes foi utilizado um Cromatógrafo de íons marca DIONEX AG4A, equipado com uma coluna de separação aniônica, um supressor e um detector de condutividade. As condições de injeção da amostra, temperatura, vazão de gás entre outras foram: Injeção da amostra: 10L; Temperatura: 30ºC; Taxa de fluxo: 1,2 mL.min.-1; Eluente: Na2CO3 4,5mM/NaHCO3 1,4mM: Detecção: condutividade: Supressor: aniônico auto regenerante;

Solução estoque: NaHCO3 100mM; Corrente aplicada: 31 mA. As curvas de calibração foram

realizadas com padrões obtidos junto a DIONEX, utilizando-se 5 pontos na faixa de 01 a 10 mg.L-1 com leitura em quintuplicata. As leituras das amostras foram realizadas em triplicatas. Para a análise do carbono total as amostras foram analisadas diretamente no analisador de carbono orgânico total marca (COT) SHIMADZU.

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RESULTADOS

Precipitações e cotas nos eventos

A precipitação do período de abril a dezembro de 2008 foi de 1432 mm. As precipitações anuais de longo tempo estão entre 1600 a 1800 mm anuais (EPAGRI, 1999). Na primavera houve as maiores precipitações. Os meses de outubro e novembro tiveram 35% das precipitações e o mês de julho com 2,45%. A figura 2 apresenta todos os eventos onde ocorreram ondas de cheia.

As maiores precipitações foram dos eventos 6 (73,6 mm), evento 7 (66,1 mm), evento 12 (59,1 mm) e as menores nos eventos 5 (18,8 mm) e evento 8 (25,1 mm). O evento 12 apresentou a maior intensidade de precipitação atingindo a maior cota.

Figura 2 – Evoluções temporais da precipitação e cotas nos eventos 7 a 12 e coleta de amostras. Evento 1 0 100 200 300 400 19/4 20/4 20/4 21/4 21/4 22/4 C o ta ( cm ) 0 2 4 6 8 10 Evento 02 0 100 200 300 400 1/5 2/5 3/5 4/5 5/5 0 5 10 15 Evento 3 0 100 200 300 400 25/6 26/6 27/6 28/6 29/6 30/6 1/7 0 1 2 3 4 5 6 C h u va ( m m ) Evento 4 0 100 200 300 19/9 20/9 20/9 21/9 21/9 22/9 t (dias) 0 1 2 3 4 Amostragem Lisímetro_P_IPL_(mm) Evento 5 0 100 200 300 400 10/9 11/9 12/9 13/9 14/9 C o ta ( c m ) 0 2 4 6 8 10 Evento 6 0 100 200 300 400 3/10 4/10 5/10 6/10 7/10 0 2 4 6 8 10 C h u va ( m m ) Evento 11 0 100 200 300 400 11/11 11/11 12/11 12/11 13/11 13/11 t (dias) 0 1 2 3 4 5 6 7

Cota s Col eta da s a mos tra s Preci pi ta çã o

Evento 12 0 100 200 300 400 500 21/11 22/11 23/11 24/11 25/11 26/11 27/11 0 2 4 6 8 10 mm Evento 9 0 50 100 150 200 250 300 350 400 24/10 25/10 26/10 27/10 28/10 29/10 0 5 10 15 20 25 mm Evento 10 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1/11 2/11 3/11 4/11 5/11 C ot a (c m ) -2 0 2 4 6 8 Evento 8 0 50 100 150 200 250 300 350 400 22/10 23/10 23/10 24/10 24/10 25/10 25/10 26/10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Evento 7 0 50 100 150 200 250 300 350 400 15/10 16/10 17/10 18/10 19/10 20/10 21/10 22/10 C ot a (c m ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8

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Concentrações dos nutrientes

As concentrações médias ponderadas de nitrato (NO3-), nitrito (NO2-), fosfato (P-PO4--),

carbono orgânico total (TOC), carbono inorgânico total (IC), carbono total (CT) e pH são apresentados na tabela 2. As concentrações nas diferentes cotas são apresentadas na tabela 3. As maiores concentrações de pH, NO2-, NO3-, P-PO4--, IC, TOC e CT respectivamente foram

encontradas nos eventos 9; 6; 1; 1; 11; 1 e 6 (Tabela 2).

Maiores valores de NO3- e P-PO4-- foram atingidos nos eventos 1 e 6 correspondentes aos

períodos de preparo e manejo do solo. O NO2- também ocorreu em maiores concentrações próximo

destes períodos.

Tabela 2 – Concentrações médias ponderadas (mg.L-1) nas ondas de cheia dos nutrientes NO3-, NO2

-, P-PO4--, TOC, IC, CT e pH.

Data do Evento/

n° evento i pH N-NO2- N-NO3- P-PO4-- IC TOC CT

04/04/2008* 0,19 1,03 0,01 6,61 1,72 8,34 19/04/2008* 0,01 0,55 0,06 5,39 3,56 8,94 21/04/2008; 1 6,38 0,31 3,05 3,85 2,46 7,63 10,09 02/05/2008; 2 6,46 0,37 1,71 1,54 4,42 4,44 8,85 22/05/2008* 0,14 0,97 0,09 5,49 2,25 7,75 26/06/2008; 3 6,58 0,01 0,58 0,25 3,84 5,43 9,27 12/09/08; 4 0,01 0,17 0,28 2,60 6,33 8,93 21/09/08; 5 6,34 0,14 0,88 0,12 5,04 6,58 11,62 5/10/08; 6 6,41 0,61 2,37 1,16 5,23 6,35 11,58 18/10/08; 7 6,24 0,28 1,31 0,19 5,07 5,70 10,78 24/10/08; 8 0,20 1,86 0,32 4,02 6,38 10,41 26/10/08; 9 6,67 0,14 0,52 0,15 3,53 6,22 9,75 2/11/08; 10 6,29 0,06 0,80 0,14 5,28 4,98 10,26 12/11/08; 11 6,49 0,05 0,78 0,10 5,38 5,94 11,31 23/11/08; 12 6,13 0,04 1,12 0,14 4,76 6,48 11,23 24/10/08; 13 0,20 1,86 0,32 4,02 6,38 10,41 * Coleta período sem chuva

As análises temporais dos nutrientes apresentam dois picos de concentração de nutrientes. Um no final do verão/início do outono e o segundo na primavera (fig 3). Nestes períodos os solos são preparados para o cultivo. No outono, a agricultores estabelecem os cultivos de hortaliças (2% da área) e na primavera os cultivos de cereais (milho, feijão) e tabaco (4,5% da área). Estas atividades promovem a entrada de máquinas que revolvem o solo além da realização da adubação de base e corretiva. Neste sentido o preparo da área introduz fontes externas de fertilizantes e também de material orgânico, visto que os produtores da região utilizam adubo orgânico.

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-0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 23/3 12/5 1/7 20/8 9/10 28/11 t (data) [P -P O 4 ; N O 3 -] m g .L-1 ; 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 C h u v a (c m ); [ N O 2 -] m g .L-1

NO3- P-PO4-- NO2- Chuva

Fig. 3 – Concentração de nitrato (NO3-), nitrito (NO2-), fosfato (P-PO4--) e precipitação mensal nos

eventos de cheia de abril a dezembro de 2008.

Considerando a disponibilidade de carbono orgânico total, carbono inorgânico e o carbono total transportado na coluna de água, observa-se que ocorre uma flutuação entre os eventos (Figura 4). O período com os maiores valores de carbono ocorreram associados as precipitações e suas intensidades, justificando que há um efeito de transporte. No entanto, as maiores concentrações ocorreram no início da primavera.

0 2 4 6 8 10 12 14 23/3 12/5 1/7 20/8 9/10 28/11 t (data) [C T; T O C ; TC ] m g. L-1 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 C huv a (c m ) IC TOC CT Chuva

Fig. 4 – Concentração de carbono orgânico total (TOC), carbono inorgânico total (IC), carbono total (CT) e chuva nas séries amostrais de abril a dezembro de 2008.

As alturas de coletas são representadas pelo hidrograma A (hidrogroma ascendente) e

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--TOC e CT foram atingidos nas cotas respectivas de 2,72D; 2,92D; 2,92D; 2,06A; 2,46A; 3,12D e 3,12D (Tabela 3).

Tabela 3 – Distribuição das concentrações (mg.L-1) nos eventos e nas cotas correspondentes no período amostral dos nutrientes nitrato (NO3-), nitrito (NO2-), fosfato (P-PO4--), carbono orgânico

total (TOC), carbono inorgânico total (IC), carbono total (CT) e pH.

Cota (m) pH NO2- NO3- P-PO4-- IC TOC CT

2,06A 6,37 0,12 1,73 1,52 4,35 5,07 9,42 2,26A 6,38 0,22 1,42 0,81 4,16 5,13 9,29 2,46A 6,33 0,31 1,29 1,38 4,86 4,73 9,59 2,66A 6,44 0,14 1,32 1,26 4,37 5,20 9,57 2,86A 6,41 0,13 1,16 1,11 4,60 5,33 9,93 3,06A 6,38 0,17 1,04 0,75 4,68 5,59 10,27 3,26A 6,41 0,18 1,57 0,91 4,30 5,50 9,80 3,45A 6,15 0,13 1,05 1,03 4,22 5,78 10,00 3,72A 6,29 0,24 1,04 1,25 3,74 6,46 10,20 3,52D 6,32 0,26 1,65 0,66 4,02 6,25 10,27 3,32D 6,48 0,10 1,24 0,46 3,49 7,32 10,81 3,12D 6,31 0,20 1,49 0,39 3,88 7,60 11,48 2,92D 6,39 0,40 1,97 0,82 3,55 6,16 9,71 2,72D 6,62 0,15 1,29 0,77 3,99 5,41 9,40 2,52D 6,37 0,37 1,07 0,41 4,49 6,04 10,53 2,32D 6,38 0,27 1,42 0,19 4,35 5,19 9,54

As figuras apresentam uma relação entre a quantidade de carbono transportado e o volume de água escoado a um aumento da concentração de CT e COT (Figura 5). As regressões logarítmicas apresentaram relações de 0,73 para o CT e 0,71 para COT.

y = 0,2841Ln(x) + 9,6236 R2 = 0,727 9,2 9,4 9,6 9,8 10,0 10,2 10,4 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 Vazão (m³.s-1) [C T ] m g.L -1 y = 0,4093Ln(x) + 5,1893 R2 = 0,7074 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 Vazão (m³.s-1) [C O T ] m g.L -1

Fig. 05 – Relação da concentração de Carbono Orgânico Total (COT) e Carbono Total (CT) com a vazão dos eventos de cheia.

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O aumento da descarga líquida durante os eventos de cheia diminui as concentrações dos nutrientes (figura 6). A tendência de diminuição da concentração de fosfato é mais clara, passando a assumir que ela está associada ao transporte de sedimentos pelas ondas de cheia.

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 0,4 0,6 0,9 1,3 1,9 2,7 3,7 5,4 7,2 Vazão (m³.s-1) [N O 3-; P -P O 4; N O 2-] mg .L -1

nitrato nitrito fosfato

Fig. 6 – Concentração nitrato, nitrito e fosfato em relação à descarga líquida.

Análise do fluxo de água no solo

Apesar de ser difícil estipular qual a forma de fluxo de água antes e durante o evento, foi determinado através do uso do software ARCGIS e do aplicativo SWAT os momentos de fluxos. Além dos 12 eventos de cheia foram analisadas três séries de amostras coletadas entre os eventos de precipitação. Assim reuniram-se ao acaso quatro formas de escoamento: super seco, fluxo de base, fluxo intermediário ao fluxo de base e evento de cheia, evento de cheia e escorrimento lateral (Figura 7).

No momento que é assumido que os fluxos de saturação no subsolo, o forte fluxo lateral perto da superfície é uma importante via de exportação de carbono. Durante a passagem do fluxo do evento relacionado à exportação de nitrogênio e fosfato suas concentrações são máximas, concordando com (Boy et al. 2008). Este aspecto deve ser levado em conta para cálculo do aporte de nutrientes.

(12)

Super seco Fluxo de base Intermediário Evento de cheia Escorrimento lateral 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 [P -P O 4; N O 3--; N O 2-] m g. L -1

P-PO4 NO3--

NO2-Super seco Fluxo de base Intermediário Evento de cheia Escorrimento lateral

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 [C I; C O T ; C T ] m g. L -1 TOC IC TC

Fig. 7 – Concentração de nutrientes em relação às formas de escoamento nos períodos de predomínios de fluxos da água antecedentes aos eventos de cheia, escoamento superficial, fluxo de

base e período de seca.

As atividades de manejo do solo afetam o escoamento superficial e o transporte de nutrientes que chegam ao corpo de água. Por exemplo, no evento 1, o fosfato apresentou 3,85 mg.L

-1

, enquanto no 6° evento 1,16 mg.L-1, respectivamente período de outono e primavera. Nas duas épocas a preparo da área, porém as hortaliças têm maior quantidade de fertilizante fosfatado aplicados por unidade de área do que os cereais, justificando a diferença de concentrações.

DISCUSSÃO

O monitoramento das ondas de cheias realizadas de março a dezembro de 2008 ajuda a compreender a dinâmica e o fluxo de nutrientes em uma bacia agrícola com agricultura familiar. As concentrações do fosfato nitrato e do nitrito claramente foram afetadas pela entrada de fertilizante e pelo preparo das áreas para o cultivo agrícola. A mobilização do solo provocou um aumento das concentrações de nitrato, nitrito e fosfato. Estes resultados sugerem que os usos do solo são importantes para determinar a os fluxos de nutrientes no solo. Resultados semelhantes foram encontrados por Withers e Hodgkinson (2009).

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As mudanças temporais em curto prazo podem ser atribuídas a espécies e frações do fosfato presente no solo, permitindo a identificação de fontes que contribuem para a variação sazonal da carga fósforo na coluna de água e também nos sedimentos (Katsaounos et al. 2007). O efeito do aumento da vazão diminui a concentração do fosfato, provavelmente devido a seu transporte estar associado ao material particulado (Kato et al. 2009), associado a precipitação e a sua disponibilidade na superfície do solo (Niedermeier e Robinson, 2009), e principalmente quando há aporte de nutrientes sobre o solo resultante da fertilização.

Segundo Bruland et al. (2008) a exportação de nitrogênio em forma de nitrato e nitrito é associada a fatores como a aplicação de fertilizantes e ao preparo do solo. No entanto seu transporte para os rios não está muito bem definido. Segundo Casalí et al. (2008) o nitrato nos rios não está associado ao transporte de sedimentos. Ogrinc et al. (2008) argumenta que a provável concentração final de nitrogênio no corpo hídrico esteja associada aos efeitos climáticos com precipitações baixas e a descargas orgânicas animais. Nossos resultados indicam que com o aumento da vazão tanto o nitrato como o nitrito apresenta oscilações, principalmente o nitrito (Figura 6).

O transporte de carbono não acompanha o efeito de uso do solo apontado para o nitrato, nitrito e fosfato. Sua associação parece ser com a intensidade da precipitação e com sua disponibilidade superficial no solo. Tanto que considerando os caminhos do fluxo da figura 4 o TOC e o IC têm comportamentos contrários. Johnson et al. (2009) atribui a variação de carbono a atividade biológica, a temperatura, a fatores edáficos, cobertura vegetal e principalmente a declividade do terreno. Veum et al. (2009) acrescenta que tanto TOC como IC são diretamente influenciados pelo transporte vistos runoff, justificando que á medida que diminui o escoamento superficial diminui a concentração. Esta tendência é claramente identificada na Figura 5.

Os resultados demonstram que os fluxos superficiais dos eventos relacionados com as precipitações intensas afetam sensivelmente a ciclagem de nutrientes em florestas tropicais, concordando com Boy et al. (2008). As concentrações destes constituintes químicos foram maiores durante os períodos de chuvas intensas. As variabilidades que o carbono orgânico e os nutrientes apresentam são extremamente complexas de serem previstas e analisadas, pois existem processos que ocorrem na bacia contribuinte que são afetados por fatores ambientais e sazonais, com um tempo de resposta variado, a infiltração, o escoamento superficial e fluxo de base (Mendiguchía et al. 2007; Dalzell et al. 2007).

Não é possível afirmar em dês meses de estudo a variabilidade anual dos fluxos dos nutrientes. Mesmo por que avaliação não levou em conta as mudanças espaciais que ocorreram durante o período, destacando alguns dos desafios a serem enfrentados na apreciação dos efeitos da alteração das práticas agrícolas na qualidade da água em escala das bacias hidrográficas. Não obstante um elevado grau de variabilidade natural (e na perspectiva de um aumento da variabilidade

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devido ao aquecimento global) há uma necessidade de confirmar as tendências da qualidade da água temporalmente e para quantificar relações de causa-efeito em escalas espaciais.

CONCLUSÃO

Os efeitos das ondas de cheia na exportação de nutrientes são caracterizados pela sazonalidade, uso e ocupação do solo, aplicação de fertilizantes e amplitude do evento. O fósforo reativo, nitrito e o nitrato estão associados com o cultivo agrícola e seus tratos culturais. As maiores concentrações ocorrem nos períodos de preparo da área e aplicação de fertilizante. O aumento da vazão provoca diluição de seus constituintes. O carbono orgânico e o inorgânico são influenciados pelas precipitações. À medida que o escoamento superficial aumenta sua concentração também aumenta. O IC e TOC são afetados pelas atividades fotossintetizantes no rio e concentração de carbono no solo. O IC apresenta concentrações maiores nos períodos com fluxo de escoamento de base e TOC nos períodos de evento de cheia, representando a lavagem do solo na bacia hidrográfica. O período de 10 meses de estudo não garante uma certeza do efeito da sazonalidade sobre o transporte de nutrientes.

AGRADECIMENTOS: a FINEP pelo financiamento da pesquisa e ao CNPq pela bolsa ao primeiro autor.

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