Relações Solo-Geomorfologia e sua

Importância em Levantamentos Tradicionais

e Digitais de Solos

Igo Fernando Lepsch Pesquisador Visitante

(USP/ESALQ)

Geomorfologia compreende o exame sistemático das formas do relevo e sua interpretação como indicadores da história geológica ( Howell, 1957)

Pedologia é a ciência que estuda os solos cujos limites

superiores são a superfície do relevo

Portanto uma grande ligação deve existir entre

estes dois ramos da ciência porque ambos lidam

com partes de uma mesma coisa ( Daniels et

al.,1971)

Levantamento de solos é o exame, descrição, classificação e mapeamento

de solos de uma determinada área ; é executado examinando principalmente

a superfície do relevo

ETAPAS NO DESENVOLVIMENTO DE UM RAMO DA CIÊNCIA

1. Fase Descritiva

2. Fase quantitativa ( classificações etc.)

3. Fase preditiva ( modelagem)

.. é de se supor que as fases (2) e (3) não possam ser bem

desenvolvidas sem que a (1)- descrição- também o esteja

PERFIL DO SOLO representa a imagem

do interior de UM solo

PAISAGEM Onde é

possível

visualizar o

padrão

dos solos

CORPO DO SOLO

Segmentos

homogêneos

da paisagem

usados para

delinear um solo

PEDON Menor

volume de

UM solo

Solos, em Pedologia, solo são definidos como corpos naturais

Perfil

Usadas para MAPEAR SOLOS c/ apoio de conhecimento tácito ou

explícito (geomorfologia, estratigrafia e hidrologia)

Usados para CLASSIFICAR OS SOLOS

c/ apoio da física e química do solo

A

E

B

C

BASES TEÓRICAS DOS LEVANTAMAENTO DE SOLOS (PARADIGMAS): Vasilli V. Dokuchaev (1846-1903) reconheceu o solo como

corpo dinâmico e naturalmente organizado que podia ser estudado por si só

tal como as plantas e animais).

Hans Jenny (1941) definiu os fatores de formação do solo : Solo = f (clima, organismos vivos, material de origem, relevo, tempo)

Hudson (1992) : descreveu o “paradigma dos levantamentos de solos: “...pedólogos experientes e bem treinados podem delinear com exatidão um

corpo de solo na paisagem examinando diretamente menos de um milésimo do

solo abaixo da superfície; eles assim podem fazer por causa do validado

paradigma acerca dos modelos solo-paisagem”

Nas paisagens em que todos os seus aspectos ( geologia, geomorfologia e

hidrologia) são comparáveis, os mesmos tipos de solos vão ser encontrados;

Portanto a natureza dos solos pode ser predita e maapeada, com base que

chamamos : “modelo do mapeamento do solo” (Hartung et al, 1991) –

Não existirem corpos de solo estritamente independentes. Este conceito é restrito a

ciências tais como a botânica (uma planta) ou zoologia (um animal).

Na natureza os solos compõem uma espécie de contínuo, apesar de variações de

suas propriedades são, por vezes suficientemente abrupta apara representar,

rigidamente, os seus limites nos mapas.

Contudo, muitas são as vantagens em se considerar os solos como se fossem

indivíduos distintos, porque : (a) facilita a organização do conhecimento sobre

eles sob a forma de classificações, bem como

(b) possibilita o delineamento de seus limites em mapas.

Esses corpos naturais, são resultado dos fatores clima, organismos agindo

sobre um determinado material de origem sob influencia do relevo local e durante

determinado tempo.

Por isso, eles têm certo grau de previsibilidade: em uma área onde os fatores de

formação solo são similares é de se esperar a maioria dos seus pedons sejam

idênticos e isto forma a base científica - ou paradigma - dos levantamentos de

solos definido por Hudson (1992 ,SSSAJ, 56:836–841)

De fato, é muito comum existir uma gradação de propriedades quando passamos

de um corpo de solo para outro que lhe é adjacente. Essas gradações, podem ser

comparadas às gradações em comprimentos de ondas de luz, quando sua vista

capta uma das 7 cores do arco-íris

A passagem de uma cor para outra é gradual mas, nossa vista consegue

distinguir bem onde está o vermelho, depois o amarelo, o verde etc. (Brady e Weil,

2013)

solo = f ( clima, organismos, material de origem, relevo, tempo )

Solo = f ( hidrologia, estratigrafia, geomorfologia)

Para levantamentos detalhados de uma região onde clima atmosférico

é constante muitas vezes é melhor considerar a equação d e Jenny de

outra forma

Um dos modelos conceituais usados para mapear séries de solos é a catena de drenagem.

ex. dos EUA : Séries: Cecil ----> Appling---> Helena----> Worsham bem drenado--->moderada/ drenado---> imperf/drenado ---> mal drenado

Exemplo da África : solos vermelhos gradando para amarelos e Vertissolos

HIDROLOGIA: FLUXOS DE ÁGUA NA SUPERFÍCIE E NO INTERIOR DO SOLO

GEOMORFOLOGIA ( segmentos de uma vertente )

( segundo Ruhe & Walker, 1968).

Geomorfologia: evolução de encostas 1

11

Recuo da encosta

( backwethering);

dominante nas fases

semi-áridas

Incisão pelos rios formando vales em formato de V . Processo dominante em áreas úmidas cobertas por vegetação densa

Superfície do pedimento com

pedras característica de

pavimento desértico

Sperfície muito antiga e estável

Evolução de encostas 2

12

Pedimento marcado

pela linha de pedras

Pedisedimento

Backslope Sopé

Ombro

Alúvio

Antiga superfície

As feições das encostas do vales vales são

frequentmente indicativas da idade do material

de origem que as cobrem. Suas idades

correlacionan-se com diferentes estágios de

Intemperização e portanto diferentes tipos de solos

Evolução do relevo considerando as mudanças climáticas do Quaternário

ESTRATIGRAFIA : exemplo de diferentes camadas de rochas influenciando

posição dos solos no relevo

Como estes mapas detalhados são feitos ? “O mapa de solos é o produto daqueles que leêm as terras”

(Boulaine, 1996)

Mas muitos pedólogos que as sabem ler não sabem explicar como o fizeram

1º) Pesquisa bibliográfica, exame de mapas

(geológicos etc.), imagens de satélite e

fotointerpretação preliminar elaboração do

modelo de elevação digital do terreno

2º)Trabalho de campo para reconhecimento

geral de toda área para elaboração de um modelo conceitual solo-paisagem com uma

legenda preliminar ( incluindo os tipos de perfis de solos)

PRINCIPAIS ESTAPAS PARA EXECUÇÃO DE UM MAPA DE SOLOS

3º) Com o modelo relação solo-paisagem em mente: delineamento das unidades de mapeamento com base em aspectos da superfície do solo, vegetação etc.

4º) Verificação da composição das unidades de mapeamento . Nos delineamentos hipóteses são

levantadas ( no campo ou e imagens) para depois serem testadas com prospecções (com o trado p/

ex.) visando verificar se a homogeneidade do exterior do solo ( paisagem) corresponde a de seu

interior (perfil ).

6º) Depois, trincheiras são abertas em locais que mais

representem os tipos de solos mapeados. Com base na

descrição dos perfis e análise das amostras dos seus

horizontes os solos são classificados; na maior parte

dos casos os nomes dados aos tipos de solos

delineados são os das respectivas classes de solos

7º) Finalmente elabora-se o

mapa definitivo (com

convenções cartográficas,

legenda etc.) e o

Relatório do Levantamento

com a descrição dos solos

e suas

interpretações para usos

práticos

- Portanto, o mapemanto de solos objetiva entender a organização espacial dos solos no ambiente natural, a

fim de estudá-lo por meio de uma abordagem que é, ao mesmo tempo, específica e interdisciplinar.

- O mapa é construído passo a passo, usando metodologia científica: observações, hipóteses, leis,validação e, depois, aplicação. “Na sua elaboração , é necessário ter em mente um modelo de

organização espacial dos solos (modelo hierárquico solo-paisagem).

“E, como envolve tanto conhecimentos teóricos como práticos, somente um bom naturalista, que tenha entendido bem a

estrutura do meio ambiente, poderá lê-lo para fazer dele um bom mapa ”.

Um exemplo da importância do modelo solo-paisagem: Um pedólogo(a) mapeando na escala 1:100.000 consegue, em

média, um rendimento de 700 ha por dia. Contudo, normalmente não consegue fazer mais do que 20 tradagens por dia. Considerando o tamanho do trado (7 cm diâmetro, área de

38,5 cm2), podemos calcular que ele examina diretamente apenas 0,00000001 % desta área.

Portanto, o pedólogo tem que tirar vantagem dessas pequenas áreas para deduzir que tipos de perfis de solos existem ao redor

e entre elas. E isso tem que ser feito se ele quiser fazer seu trabalho com um custo e tempo aceitável.

Para isso ele faz o melhor uso possível de vários elementos para elaborar o MAPA:

Síntese

Observações diretas (exame no campo dos perfis e da paisagem)

Observações indiretas com o uso de fotos aéreas e de

satélites

Extrapolação de conhecimentos tácitos prévios, relacionado a regras de predição do padrão apresentado pelos solos na paisagem

de terras que “já aprendeu a ler”

MAPA

RESUMINDO: os elementos usados para elaborar

um mapa de solos são:

MAPA

-É importante lembrar um levantamento detalhado de

solos, que visa à compreensão e modelagem da natureza, só será social e economicamente justificado se os mapas

são de fácil acesso e leitura e também se os seus relatórios forem escritos em lingaugem clara e incluirem

interpretações para usos práticos.

Além isso:

1.Solos devem ser nomeados com nomes populares além dos das

classes taxonômicas

2.Mapas devem mostrar, além dos delineamentos dos solos acidentes geográficos

diversos, uso da terra ( cores não são aconselháveis)

3. Solos devem ser identificados não só pelos atributos dos perfis mas também

pelos das suas superfícies ( declividade, pedregosidade, erosão etc.)

Apesar de ter sido este o processo tradicional pelo qual a maioria dos

mapas de solos tem sido feitos, em razão de o mapeamento ser

essencialmente baseado na experiência do pedólogo (ou conhecimento

tácito) várias limitações estão a ele relacionadas, entre as quais se

destacam:

(a) dificuldade na reprodução do modelo mental criado (p.ex.: para

transferência do conhecimento para pedólogos menos experientes).

(b) abordagem essencialmente qualitativa comportando

subjetividades, o que dificulta a transferência do modelo aplicado

de uma região para outra

(c) tempo de execução dos levantamentos e demanda financeira

elevados.

Frente a essas limitações, e considerando a disponibilidade atual de técnicas

modernas (SR e SIG) , uma nova abordagem de execução de levantamentos

de solos vem se destacando: o Mapeamento Digital de Solos (MDS), que

emprega um conjunto de técnicas objetivas, quantitativas de aplicação

otimizada para análise de dados geográficos em uma interface digital.

CONHECIMENTO EXPLÍCITO

CONHECIMENTO

TÁCITO

“Prática de campo” ( inferências solo-paisagem

MENTAIS ( não conseguem ser

transmitidas em palavras)

Taxonomia (SiBCS)

Descrição de perfis

de solo etc........

Um dos maiores desafios do MDS é transformar o conhecimento tácito do

pedólogo de campo e explícito

Exemplo: Em dois solos identificados em um dos mapas acima como LVd-1 e LVd-2 somente o

símbolo LVd tem significado nacional ( refere-se a classe dos

Latossolos Vermelhos Distróficos); os números 1 e 2 não são codificados.

As séries de solos, mais adaptadas a esses mapas detalhados - e comuns em muitos países como EUA e Argentina - ainda não foram oficialmente conceituadas no Brasil

No Brasil, a grande maioria dos mapas elaborados por entidades governamentais

são do tipo de reconhecimento ou semidetalhados (escalas iguais ou menores

que 1:100.000);

A maior parte dos poucos mapas detalhados que temos foram efetuados por

firmas particulares, em propriedades específicas e suas legendas não são

totalmente padronizadas.

Nos EUA, onde quase todos municípios têm mapas detalhados de solos

disponibilizados na WEB.

Nesses mapas as unidades de mapeamento são as “fases de séries de solos” que

são as que mais correspondem ao que estamos chamando de “corpos de solos”

Esses levantamentos sistemáticos começaram da década de 30 ( anos de recessão

mundial) e permanece até o hoje faltando poucas áreas para serem mapeadas

Neste mapa: distribuição geográfica do solo Cecil ( amarelo a marrom) nos

EUA , e áreas já mapeadas em detalhe ( em verde)

-Causas do sucesso: 1. Os mapas são de fácil acesso e leitura e também se os seus relatórios forem escritos em linguagem clara e incluem muitas interpretações para usos práticos tanto para agronomia como para engenharia civil

2. Os solos são nomeados com nomes populares além dos das

classes taxonômicas

3.Mapas mostram, além dos delineamentos dos solos acidentes

geográficos diversos, uso da terra ( cores não são aconselháveis)

4. Solos são identificados não só pelos atributos dos perfis mas

também pelos das suas superfícies ( declividade, pedregosidade,

erosão etc.)

5. Pedólogos tem intenso treinamento em serviço

6. Correlacionadores orientam os trabalhos de pedólogos

7. Depois de pronto s trabalhos tem intensa divulgação em escolas,

igrejas etc.

Exemplo de uma folha de um mapa detalhado de solos

que cobre parte de um município dos EUA que pode ser acessado

na internet: //websoilsurvey.nrcs.usda.gov/app/WebSoilSurvey.aspx

Os símbolos que identificam os solos são padronizados; ex: Ce-C= série Cecil, declive C

O delineamento dos solos é apresentado em escala aprox. 1:30.000, sobre imagem que

mostra uso da terra o que facilita aos usuários a localização dos locais de interesse

Abaixo parte de uma tabela apresentada no relatório de um levantamento

detalhado dos solos de um município americano resumindo as

características físicas e químicas do solos mapeados ( em destaque a

“Série Cecil”, declive B e C)

Exemplo de informações interpretativas fornecidas pela “ Web of Soil Survey” dos EUA

Nos EUA os poucos municípios ainda não tem mapas detalhados

( escala aproximada de 1:30.000) estão agora sendo mapeados por

Processos digitais ( MDS)

Dois tipos de enfoque podem ser usados nos MDS.

1- Mapeamento quantitativo e automático a partir de técnicas estatísticas

convencionais, geoestatística, aprendizagem automática e mineração de dados -

geralmente usando densa amostragem, tanto em mapas de solos preexistentes

como no campo.

2- Outro tipo, que está sendo mais usado é conhecido como “abordagem

baseada em explicitação de conhecimento tácito” . O conhecimento de

pedólogos experientes é traduzido na forma de conjunto de regras de ocorrência

de solos aplicadas a determinada área.

Para a construção das regras gerais de ocorrência dos diferentes tipos de solos

é comum utilizar dados de áreas piloto representativas e mapeadas por

pedólogos experientes; posteriormente esses dados são extrapolados para

áreas similares a partir das regras definidas com base nas características da

superfície, do perfil do solo e suas relações.

Diferenças entre mapeamento de solos convencional e digital

No levantamento pedológico convencional as unidades de mapeamento de solo (UM) são

delineadas com base em modelo conceitual da relação solo-paisagem mentalizado por pedólogo.

Feito isto, perfis são examinados para identificar os tipos de solo (ou vários tipos de solos, no

caso de unidades de mapeamento combinadas), através de prospecções de campo, e nomeados

segundo uma classe taxonômica

.

O mapeamento digital de solos é semelhante; tal como no tradicional, informações

do perfil de solo são necessárias para “treinar” os modelos. As diferenças estão na

forma em que o modelo procede com as informações dos dados de entrada.

No modelo tradicional essas informações “migram” do conhecimento empírico e

as correlações são definidas mentalmente e tem caráter qualitativo; por isso

existem muitas limitações.

O mapeamento digital do solo contorna essas limitações, porque requer modelos

quantitativos, com fontes de dados digitais, como variáveis de entrada. E essas

variáveis muito dependem dos conhecimentos da geomorfologia.

Soil Sci. Soc. Am. J. 73:1682–1692.

Um exemplo: dados do MDS do Município de Essex, Vermont, EUA

Trabalho preliminar ao mapeamento ( como foi feito o mapeamento

tradicional

na área piloto e como dados para extrapolação para restante do

município foram obtidos)

Área piloto:

Bacia hidrográfica com 350 ha

Município de Essex

431.000 acres =

174419,5 ha

Exemplo dos delineamentos: nos mais típicos para cada feição

geomórfica, foram efetuadas amostragens para verificar a composição

das Unidades de Mapeamento ( consociação, associação ou complexo ?)

Delineamento dos solos em todo município por MDS

( alguns detalhes)

1. Os diferentes materiais de origem foram primeiro delineados manualmente

2. O programa ArcSIE não pode ser usado para delinear solos em todos

materiais de origem; por isso métodos tradicionais foram usados para

alguns materiais de origem (Alúvios

3. Cerca de 700 amostras foram enviadas para serem analisadas no laboratório

( principalmente textura e carbono) e 10 amostras para caracterização

completa de pedons

Exemplo de descrição de um solo

Overall, mapping efficiency was improved by about 50 percent. We are

currently using similar procedures in a soil survey of the White Mountain

National Forest, NH. In addition to speeding up the mapping process,

the quality and consistency of the end product is much better. Most of

the gains in efficiency are achieved as shown below- note that no field

observation points were needed to support the mapping on the west side

of the image. This is because the model for the soils there had been well

validated in other parts of the soil survey area. As a result, time was freed

up to investigate more complex areas on the east side of the image.

Another major benefit of many DSM procedures is that knowledge

about soil-landscape relationships is documented and preserved.

Many details, including environmental data, point data, the final

polygons (if required), and the inference rules are available as a

permanent record.

ETAPAS NO DESENVOLVIMENTO DE UM RAMO DA CIÊNCIA

1. Fase Descritiva : descrição detalhada

da paisagem onde se situam os corpos de solos

2. Fase quantitativa: quantificação dos

acidentes do relevo dos solos)

3. Fase preditiva (modelagem):

Mapeamento Digital de Solos

.. é de se supor que as fases (2) e (3) não possam ser bem desenvolvidas

sem que a (1)- descrição- também o esteja. Portanto:

A realidade é que nós pedólogos desenvolvemos muito bem estas fases

mas só para o interior do solo (perfil). Para o exterior – a mais essencial

para os levantamentos de solos - falta-nos inclusive a 1ª fase: “descrição detalhada

das feições do relevo e sua interpretação como indicadores da história geológica”,

objeto da GEOMORFOLOGIA