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USO DO MODELO RUSLE COM ENFOQUE NO FATOR PERDAS DE SOLO E MANEJO PARA ÁREAS DE REFLORESTAMENTO DE PINUS
Ângela Grando – [email protected] Federal de Santa Catarina – UFSC
Camila Belleza Maciel – [email protected] Federal de Santa Catarina – UFSC
Cláudia Weber Corseuil – [email protected] Federal de Santa Catarina – UFSC
Marciano Maccarini – [email protected] Federal de Santa Catarina – UFSC
Masato Kobiyama – [email protected] Federal de Santa Catarina – UFSC
Rafael Augusto dos Reis Higashi – [email protected] do Sul de Santa Catarina – UNISUL
Ulysses Ribas Junior e Reinaldo Langa – [email protected] Florestas
RESUMO
Este estudo teve como objetivo estimar as perdas de solo em áreas de reflorestamento
de Pinus taeda e, conseqüentemente, recomendar corretas práticas de manejo. Foram
realizados ensaios com parcelas, quantificando a perda de solo por meio de amostras
de sedimentos obtidos em campo, semanalmente durante um ano. Para isto, utilizou-se
o modelo RUSLE, que engloba fatores naturais e antrópicos. Dos fatores utilizados,
somente o fator manejo do solo foi controlado por meio do experimento, utilizando
escarificador e plantio direto.
ABSTRACT
This study aimed to estimate the Soil loss in areas of reforestation of Pinus taeda and,
therefore, recommend proper management practices. Test were conducted with plots,
quantifying the loss of soil through samples obtained from sediments in the field, every
week during one year. For this, using the RUSLE model, which includes natural and
antrhropic factors. Within the factors used, only the factor soil management was
controlled, by means of experiment, using scarifier and tillage.
keywords: Soil loss, soil management; RUSLE.
INTRODUÇÃO
A intervenção humana, por meio de atividades agroflorestais em áreas com grande
declividade e o desmatamento de encostas e margens de rios, propicia a redução da
infiltração de água no solo e, por conseguinte o aumento do fluxo superficial. Esses
fatores acabam favorecendo a instalação de processos de erosão do solo que
desestabilizam encostas e confere maior carga sedimentar ao fluxo de água no canal.
A água escoada torna-se um dos principais agentes responsáveis pelos processos de
erosão, incluindo o destacamento, o transporte e a deposição das partículas de solo.
A deterioração da qualidade da água dos rios vincula-se ao desequilíbrio no aporte de
sedimentos finos nos canais, produzindo turbidez. A carga suspensa é constituída de
partículas de silte e argila, que se conservam suspensas até a velocidade do fluxo
decrescer, depositando-se ao longo do rio.
No mundo, os estudos sobre erosão foram iniciados no setor agrícola, criando o
modelo Universal Soil Loss Equation (USLE) (Wischmeier & Smith, 1978) que
considera influências da chuva, tipo de solo, relevo, cobertura e conservação.
A USLE, por se tratar de um modelo empírico ela envolve além dos erros amostrais
erros de modelo devido à simplificação da formulação e dos efeitos de variáveis não
mensuradas. Até hoje poucos trabalhos vêm sendo feitos com os modelos USLE e
RUSLE para áreas florestais (Dissemeyer & Foster, 1985; Kitahara et al., 2000). No
entanto, considerando que a maioria das cabeceiras de quaisquer bacias está coberta
com florestas ou áreas de reflorestamento e grande parte delas é de captação de água
para consumo, portanto, é muito útil realizar estudos sobre erosão nas áreas florestais
com os USLE e/ou RUSLE.
Assim, as perdas do solo em áreas com diferentes manejos para o plantio de Pinus
taeda, com enfoque no fator manejo, foram estimadas por meio do método de parcelas
no município de Rio Negrinho/SC, onde uma rede de bacias-escola vem sendo
implantada (Kobiyama et al., 2009).
MATERIAIS E MÉTODOS
Área de Estudo
Os experimentos foram instalados na Fazenda Rio Feio, pertencente à empresa
Battistella Florestal, situada no município de Rio Negrinho-SC. O município se localiza
no planalto norte Catarinense e faz parte da Bacia do Rio Iguaçu. Tendo sua altitude
média de 792 m, o município encontra-se sob influência do clima Mesotérmico,
subtropical úmido, com verões frescos, sem estação seca e com geadas severas
freqüentes. Segundo Kobiyama et al. (2004), a temperatura média anual na região é de
18,3 ºC e a precipitação média anual é de 1.572 mm. O substrato do município de Rio
Negrinho é formado por rochas sedimentares pertencentes aos Grupos Itararé e Guatá,
do Super Grupo Tubarão (Bortolozzi & Silva, 1987). Segundo o mapa de solos da
EMBRAPA (2004) para o Estado de Santa Catarina, em escala 1:250.000, o solo na
fazenda Rio Feio caracteriza-se como Cambissolo Álico Tb A moderado (Ca9), textura
argilosa, fase floresta subtropical perenifólia, relevo suave ondulado e ondulado. A área
experimental é composta por quatro parcelas situadas entre as latitudes 26°30’17”S e
26°30’24”S e as longitudes 49°30’49”W e 49°31’00”W, ilustrados na Figura 1.
Figura 1 - Área de estudo
Com base nos tipos de manejo de solo e declividade de relevo, as parcelas foram
nomeadas como descrito na Tabela 1.
Tabela 1 - Identificação das parcelasParcelas Manejo Declividade
R1-20 Escarificador 20%R2-20 Escarificador 20%
PD1-20 Plantio direto 20%PD2-20 Plantio direto 20%
Os dois tipos de manejo adotados compõe: preparo do solo utilizando-se um trator de
esteira com garfo frontal e escarificador traseiro para a remoção do material vegetal
depositado sobre o solo e preparo para o plantio direto sobre os restos vegetais da
floresta que sofreu corte raso, retirando apenas os galhos maiores. As linhas de plantio
distam entre si 2,5 m e a área de cada parcela foi determinada abrangendo duas linhas
com 5 m de largura e 15 m de comprimento totalizando área de 75 m2 (Figura 2).
Figura 2 - Esquema do experimento
Para a instalação das parcelas e a delimitação da área de coleta foram utilizadas
tábuas de madeira com 20,0 cm de largura e 2,5 cm de espessura. Esta delimitação
evitou a entrada e a saída de água do escoamento das precipitações para o interior
das parcelas. Na parte inferior das mesmas, foi instalado um sistema de calha de zinco
trapezoidal, para a coleta do material erodido. Este sistema conduz água e sedimentos
para dois tambores, com capacidade de armazenamento de 200 litros cada. Os
tambores e a calha foram cobertos com chapas de madeira e na seqüência, foram
plantadas as mudas de Pinus taeda (Figura 3).
Figura 3 – Experimento final das parcelas
Aplicação do Modelo RUSLE
Para predizer as perdas de solo sob as condições de manejo avaliadas, utilizou-se o
modelo RUSLE, Equação (1). Esse modelo engloba fatores naturais, caracterizando o
potencial natural de erosão (PNE), e fatores antrópicos (uso do solo e fator manejo),
além da perda de solo anual, representada por (A) em t·ha-1·ano-1.
A = P∙N∙E∙C∙P (1)
Os valores para o fator uso do solo (C) foram constantes, pois a área de estudo possui
a mesma cobertura vegetal, fase inicial de crescimento. Já o fator manejo do solo (P),
será obtido com base nos outros parâmetros. O PNE, proposto por Wischmeier & Smith
(1978), é determinado conforme a Equação (2):
PNE = R∙K∙LS (2)
onde: R é a erosividade da chuva em MJ·mm·ha-1·h-1·ano-1; K é a erodibilidade em
t·h·MJ-1·mm-1; LS é o fator topográfico (adimensional).
Foram utilizados dados de isoerosividade anual da chuva do município de Rio
Negrinho, obtidos por Checchia et al. (2006), onde foram utilizados dados
pluviométricos diários de 1994 até 2005 e a erosividade anual foi determinada através
da soma do coeficiente EI30, calculado para cada evento erosivo de chuva (Bertoni &
Lombardi Neto, 1999). Para a obtenção dos valores da erodibilidade do solo, foi
utilizado o método proposto por Wischmeier et al. (1971) que tem como base os
parâmetros textura, estrutura, classes de permeabilidade e porcentagem de matéria
orgânica. Amostras de solo, contendo 500 gramas cada, coletadas de acordo com a
declividade e manejo da área de estudo foram encaminhadas ao Laboratório de
Análises de Solo da CIDASC (Companhia Integrada de Desenvolvimento Agrícola de
Santa Catarina), onde o teor de matéria orgânica, porcentagem de areia e silte e o tipo
de solo foram determinados. As classes da estrutura do solo foram conhecidas por
meio das estabelecidas pelo IBGE (2005). Para a obtenção das classes de
permeabilidade, relacionou-se a porcentagem de silte com areia conforme SCS (1977).
Assim, utiliza-se a Equação (3) proposta por Wischmeier et al. (1971) para calcular K.
( )( ) ( ) ( )100
35,2225,312101,21317,0 414,1 −+−+−⋅=− cbaMK (3)
onde: M é o fator textura; a é o teor de matéria orgânica em %; b é a estrutura do solo;
c é a permeabilidade do perfil de solo. O fator da textura é definido por s a quantidade
de silte em %; af de areia fina em %; e ar de argila em % calculado na Equação (4).
)100()( arafsM −⋅+= (4)
A topografia é considerado por meio do fator topográfico LS (Length-Steepness), L é o
comprimento do relevo (m) e S é o gradiente de declividade (%), segue a Equação (5).
( )21385,097,036,1 SSSLLS ⋅+⋅+⋅
= (5)
Estimativa da Perda de Solo
A coleta de água e sedimentos foi realizada semanalmente no período de março de
2007 até março de 2008. O material retido nos tambores foi homogeneizado, para na
seqüência, serem coletadas as amostras de cada parcela.
A perda de solo total foi estimada com base em análises laboratoriais de quantidade de
sedimento e água (Figura 4). Com o volume de água medido nos tambores e a
quantidade de sedimento produzido em mg/L foi possível quantificar a perda de solo
em toneladas.
A área das parcelas foi transformada de metros quadrados para hectare e o período de
coletas semanais para ano, quantificando a perda de solo em cada manejo.
Figura 4 – Análise laboratorial de quantidade de sedimento
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Estimativa da Perda de Solo
Os valores de perda de solo foram quantificados com base na média de perdas nas
parcelas mostrados na Tabela 2.
Tabela 2 – Média das perdas de solo por período
Coletas Manejo com Escarificador
Manejo com Plantio Direto
(Dias) R 20 (t/ha) PD 20 (t/ha)7 0.028280 0.013240
15 0.025484 0.00289922 0.002038 0.00875131 0.000730 0.00065144 0.007395 0.00646450 0.024041 0.00459764 0.026151 0.00625871 0.014088 0.00142378 0.000616 0.00128485 0.000000 0.000000124 0.000000 0.000000138 0.008888 0.005423144 0.000000 0.000000173 0.008310 0.004670191 0.000001 0.000011198 0.000897 0.002623212 0.000000 0.000000225 0.003079 0.000713240 0.009813 0.029785255 0.000393 0.000493264 0.000102 0.000444284 0.000278 0.000620309 0.007366 0.000963324 0.000038 0.000425343 0.008748 0.000922358 0.001557 0.000983
A Figura 5 ilustra a variação das médias entre os manejos em estudo e mostra a
tendência dos dois para o período de um ano. Da figura 5, também é possível obter as
oscilações maiores para manejo com escarificador em relação ao plantio direto.
Variação da Perda de Solo entre os Manejos
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
7 22 44 64 78 124
144
191
212
240
264
309
343
Tempo de Coleta (dias)
Perd
a de
Sol
o (t/
ha)
R 20-Escarificador
PD 20-PlantioDireto
Linha deTendência R 20
Linha deTendência PD 20
Figura 5 – Variação entre as perdas de solo para os manejos
Observando a figura acima, pode-se concluir que as maiores perdas ocorrem nos
períodos iniciais após o preparo do solo e tendem a estabilizarem-se ao longo do
tempo. Quantificando as perdas, obteve-se a perda anual correspondente para cada
parcela, como mostrado na Tabela 3.
Tabela 3 - Perda de solo anual
Manejo Declividade (%) Perda de solo anual A(t·ha-1·ano-1)
Escarificador (R-20) 20 0,17830Plantio direto (PD-20) 20 0,09364
Observando a Tabela 3, nota-se que para a mesma declividade, as perdas maiores
ocorreram nas parcelas que utilizam manejo com Escarificador.
Fatores do Modelo RUSLE
A partir dos mapas de isoerosividade mensais gerados por Checchia et al. (2005), o
presente trabalho gerou os valores de erosividade da chuva para a área de estudo.
Com os dados da Tabela 4, obtem-se um valor de erosividade anual, isto é, 6970
MJ·mm·ha-1·h-1·ano-1. A tabela mostra que nos meses de abril, maio e agosto ocorrem
reduções nos índices de erosividade, devido aos baixos índices pluviométricos.
Os valores de M da Equação (4) resultam das análises da granulometria da Tabela 5.
O teor de matéria orgânica foi analisado e está expresso em porcentagem como a. As
amostras coletadas em campo apresentaram-se sob a forma granular, segundo a
classificação do IBGE (2005). Desta forma, o valor de b é 3. Pela classificação
ARS/USDA (1994), a permeabilidade foi determinada relacionando-a com a textura do
solo, ou seja, a partir da porcentagem de silte e areia, obtendo assim, o valor de c da
Tabela 5. Usando a Equação (3) com os dados de M, a, b e c, o valor de K para cada
parcela foi determinado como mostrado na Tabela 5.
Tabela 4 - Erosividade média mensal na área de estudo
Mês Erosividade média(MJ·mm·ha-1·h-1·mês-1)
Janeiro 1140Fevereiro 905
Março 510Abril 229Maio 183Junho 375Julho 522
Agosto 242Setembro 656Outubro 889
Novembro 545Dezembro 774
Tabela 5 – Características do soloAmostras R-10 R-20 PD-20
Areia grossa (%) 4,90 3,50 4,40Areia fina (%) 32,70 32,00 45,70
Silte (%) 38,40 46,50 23,90Argila (%) 24,00 18,00 26,00
M 5403,6 6437,0 5150,4a (%) 6,8 >10,0 3,6
Estrutura do solo Granular grosseiraB 3 3 3
Permeabilidade Muito lenta Lenta Muito lentaC 6 5 6
K (t·h·MJ-1·mm-1) 0,133 0,094 0,147
Da Tabela 5 é possível observar que a maior erodibilidade ocorreu nas parcelas com
plantio direto. Isto se deve às características do solo, que apresenta porcentagens mais
elevadas de areia e menores teores de matéria orgânica, em relação às demais.
Os valores de L e S são 15 m e 10% ou 20%, respectivamente. Assim, utilizando a
Equação (5), obtêm-se o valor de LS de 14,75 para declividade 20%.
Por meio da Equação (2), os valores de PNE foram calculados conforme Tabela 6.
O plantio direto apresentou maior PNE em relação à área utilizando escarificador
devido à erodibilidade do solo apresentar-se maior nesta área.
Tabela 6 - Potencial Natural de Erosão para cada parcelaParcelas R-20 PD-20
PNE (t·ha-1·ano-1) 9663,91 15112,70
Apesar de o PNE estimar as perdas máximas dos solos, ele considera somente os
parâmetros do meio físico, correspondendo às estimativas de perdas de solo em áreas
destituídas de cobertura vegetal e sem qualquer intervenção antrópica. Estes fatores
são determinantes para quantificar as perdas de solo nas condições de campo reais.
Os fatores antrópicos são os fatores de cobertura vegetal (C) e o fator manejo de solos
(P) em unidades adimensionais e decisivos na predição de erosão para diferentes
culturas. Os valores do fator C utilizados neste estudo são para algumas classes de
cobertura vegetal do solo com pouca proteção vegetal. A Tabela 7 demonstra valores
de alguns autores para o fator C.
Tabela 7 - Valores para o fator C cobertura vegetalClasses de cobertura vegetal Fator C
Corte Raso 0,0014 (1)Reflorestamento 0,001(2)
Solo Exposto 1(3)Fonte: (1) KITAHARA et al. (2000) (2) PINTO (1995), (3) RIBEIRO (2000)
Considerando que o corte raso e solo exposto compreendem a mesma situação de
cobertura do solo para o período de estudo, tais valores foram utilizados para estimar o
valor de prática P. Assim, modificando a equação do modelo RUSLE, Equação (1),
obtém-se valores de P para os dois manejos estudados, Equação (6).
( )AP
PNE C=
⋅ (6)
Assim, os valores de P para os dois manejos foram estimados, conforme Tabela 8.
Tabela 8 – Fator de P para cada manejoManejo Fator C Escarificador Plantio direto
P 0,0014 (1) 1,3 x 10-2 4,4 x 10-3
P 0,001 (2) 1,9 x 10-2 6,2 x 10-3
P 1 (3) 1,9 x 10-5 6,2 x 10-6
Fonte: (1) KITAHARA et al. (2000) (2) PINTO (1995), (3) RIBEIRO (2000)
A partir dos valores calculados na Tabela 8 para o fator prática, é possível notar que a
prática com plantio direto, utilizando diferentes valores de cobertura vegetal, quando
comparada com o manejo utilizando escarificador, indica uma redução na perda de
solo, apresentando-se como o melhor manejo.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados obtidos neste estudo de perda de solo em área de reflorestamento de
pinus, no município de Rio Negrinho – SC permitem concluir que:
As parcelas permitiram determinar a produção de sedimentos em áreas de
reflorestamento de pinus com manejos diferentes, apresentando a tendência de
estabilizarem-se ao longo do tempo.
O valor de PNE apresentou maior na área de plantio direto em relação à área utilizando
escarificador devido à erodibilidade do solo apresentar-se maior nesta área.
Adotando-se diferentes valores do fator C, cobertura vegetal, os valores de P, práticas
de manejo, mostraram-se maiores para utilização de escarificador. Assim, foi
determinada que a prática de manejo do solo com plantio direto produz as menores
perdas de solo para as condições de estudo.
Considerando que não se dispõe de um banco de dados de manejo florestal, não é
possível fazer comparações de perdas de solos para mesmo uso. Futuros trabalhos
serão realizados, através do monitoramento das perdas de solo em diferentes períodos
do ciclo de crescimento da vegetação, além de ensaios geotécnicos para determinação
do fator erodibilidade do solo no local de estudo e capacidade de infiltração do mesmo.
AGRADECIMENTOS
O presente trabalho foi financiado parcialmente pelo projeto “Monitoramento e
Modelagem Hidrossedimentológica de Bacias Hidrográficas Rurais na Região Serrana
Catarinense” (MCT/CNPq/CT-Hidro 13/2005).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ARS/USDA (1994). Predicting Soil Erosion by Water – A Guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). USA-
Washington, 384 p.
BERTONI, J. & LOMBARDI NETO, F. (1999). Conservação do solo. 4ª edição. Ícone
São Paulo-SP, 355 p.
BORTOLOZZI, C. A; SILVA, L. C. Texto explicativo para o mapa geológico de Santa Catarina. Florianópolis: 11° Distrito do Departamento Nacional de produtos minerais,
coordenadoria de recursos Minerais de Secretaria de Ciência e Tecnologia, Minas e
Energia, 1987.
CHECCHIA, T.; CHAFFE, P.L.B.; KOBIYAMA, M.; RIBAS JR., U.; LANGA, R.; BASSO,
S. (2006) Distribuição espacial e temporal da erosividade da chuva no Município de Rio Negrinho e região adjacente no Estado de Santa Catarina. In: VI Simpósio
Nacional de Geomomorfologia e Regional Conference on Geomorphology (2006:
Goiánia) Goiânia: UFG, Anais,2006. 11p. CD-rom.
DISSEMEYER, G.E. & FOSTER, G.R. (1985). Modifying the universal soli loss equation for forest land. El-Swaify, S. A.; Moldenhauer, W. C., Lo, A. (eds). Soil
Erosion and Conservation. Ankeny: Soil Conservation Society of America, pp.480-495.
EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA – EMBRAPA. Solos do Estado de Santa Catarina. Apoio: Embrapa Solos. Boletim de Pesquisa e
Desenvolvimento; n. 46. Rio de Janeiro, 2004.
IBGE (2005). Manual Técnico de Pedologia. 2ª edição. Rio de Janeiro.
KITAHARA, H.; OKURA, Y.; SAMMORI, T.; KAWANAMI, A. (2000). Application of Universal Soil Loss Equation (USLE) to mountainous forests in Japan. J. For.
Res., Tokyo, v.5, pp.231-236.
KOBIYAMA, M.; FRUET, D.; LIMA, R.T.; MARSCHNER, S.; GUIMARÃES, L.M.R.;
CHAFFE, P.L.B. (2004). Estudo hidrológico comparativo entre três pequenas bacias experimentais no município de Rio Negrinho - SC: (1) Descrição. In:
Encontro Sul-Americano de Geomorfologia (1: 2004: Santa Maria) Santa Maria: UFSM,
Anais, 2004. 12p. (CD-rom).
KOBIYAMA, M.; CHAFFE, P.L.B.; ROCHA, H.L.; CORSEUIL, C.W.; MALUTTA, S.;
GIGLIO, J.N.; MOTA, A.A.; SANTOS, I.; RIBAS JUNIOR, U.; LANGA, R. (2009)
Implementation of school catchments network for water resources management of the Upper Negro River region, southern Brazil, in From Headwaters to the Ocean: Hydrological Changes and Watershed Management. Org. por TANIGUCHI,
M.; BURNETT, W.C.; FUKUSHIMA, Y. HAIGH, M.; UMEZAWA, Y. London: Tayor &
Francis Group, pp. 151-157.
PINTO, S. A. F. Utilização de técnicas de sensoriamento remoto para a caracterização de erosão do solo no SW do Estado de São Paulo1982. Dissertação
(Mestrado) São José dos Campos: Instituto Nacional de Pesquisa Espacial, 1982.
RIBEIRO, S. L. Aplicação do sistema de informação geográfica nacional ao estudo de erosão dos solos por meio do modelo EUPS na microbacia hidrográfica do Ribeirão Araquá-SP. 2000. Dissertação (Mestrado em Geografia).
Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Universidade Estadual Paulista. Rio Claro.
SCS/USDA (1977). Guides for erosion and sediment control, Davis, Califórnia.
WISCHMEIER, W.H. & SMITH, D.D. (1978) Predicting soil erosion losses: a guide to conservation planning. Washington: USDA, 58p. (Agriculture Handbook n. 537.)
WISCHMEIER, W.H.; JOHNSON, C.B.; CROSS, B.V. (1971). A soil erodibility nomograph for farmland and construction sites. Journal of Soil and Water
Conservation, v.26, pp.189-193.
