Solo e erosão - fenix.tecnico.ulisboa.pt · • Luvissolos • Planossolos • Podzois - solos evoluídos; textura muito ligeira, predominando as fracções areia grossa e fina;

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Rodrigo Proença de Oliveira

Dinâmica de Bacias Hidrográficas e Aquíferos2010 / 2011

Solo e erosão

O ciclo das rochas

Dinamica de Bacias Hidrograficas e Aquiferos @Rodrigo Proença de Oliveira 2010 2

Desagregação e erosão

• Desagregação (weathering) (alteração da estrutura do

substrato rochoso)

– Física (não altera a composição quimica)

• Descompressão e posterior exfoliação

• Expansão térmica (por fogo)

• Raizes

• Expansão do gelo ou de cristais

• Actividade biológica por plantas, animais (ou pessoas)

– Quimica

• Por acção de ácidos (sobretudo ácido carbónico) – dissolução e hidrólise

• Por oxidação

• Por dissolução

• Erosão (movimentação das partículas do solo)


Minerais primários + acido + oxigénio -> sedimentos + iões dissolvidos

Solo, pedosfera e litoesfera

• Rocha >> regolito >> solo

• Solo: Camada superficial (1-2 m) da pedosfera que contém:

– Minerais: Areia, silt e argila – fornecem nutrientes minerais

– Humus: fornece nutrientes e proporciona estrutura e capacidade

de reter água e os nutrientes;

– Ar: fonte de oxigénio e dióxido de carbono necessários aos

microorganismos

– Água: proporciona o meio para o desenvolvimento de reacções

quimicas que sustentam a vidaDinamica de Bacias Hidrograficas e Aquiferos @Rodrigo Proença de Oliveira 2010 4

desagregação+ água

+ matéria orgânica

Solo

Lito

sfe

ra

Pe

do

sfe

ra

~2

00

m

~2 m

Regolito


<Terra

Lua>

Solo


Factores de produção do solo:

• Material primário

• Tempo – permite o desenvolvimento dos processos de desagregação, adição

e mistura de água e matéria organica e sua degradação:

– Mais tempo conduz a solos mais espessos e mais distintos do material primário

• Clima – determina que tipo de processos físicos e quimicos actuam sobre o

material primário, as suas taxas de acção e as espécies de plantas e animais

que tem oportunidade interagir com o solo

– A precipitação facilita a desagregação e proporciona condições de transporte de

material por percolação; Uma precipitação excessiva carreia todos os minerais para

os estratos inferiores deixando apenas os minerais insoluveis nas camadas superiores.

– Uma temperatura elevada facilita a desagregação quimica

• Plantas e animais – fornecem a matéria orgânica ao solo (sobretudo as

plantas) e proporcionam (microorganismos) para a sua degradação

• Topografia – determina a acção da erosão e a quantidade de água e

radiação solar disponível

– Encostras ingremes conduzem a solos pouco espessos e pouco desenvolvidos

– Zonas planas conduzem a solos húmidos com uma grande proporção de matéria

orgânicaDinamica de Bacias Hidrograficas e Aquiferos @Rodrigo Proença de Oliveira 2010 7

Perfil do solo

• Horizonte O – Humus (mat. Orgânica)

• Horizonte A – Humus misturado com

material mineral

• Horizonte B – material mineral

proveniente das camadas superiores

• Horizonte C – mat. primário alterado

• Rocha mãe – mat. primário


Caracterização do solo

• Textura: diz respeito à distribuição da dimensão das partículas

• Estrutura: diz respeito à disposição geométrica das partículas

• Composição química (incluindo acidez)

• Profundidade

• Porosidade

• Capacidade de uso

• Um solo fértil tem:

– Humus (matéria orgânica) para proporcionar nutrientes e capacidade

de retenção de água

– Argila para reter água e nutrientes

– Nutrientes (azoto, carbono , potássio, fósforo e cálcio)

– Boa drenagem

– Boa porosidade para facilitar o arejamento e crescimento de plantasDinamica de Bacias Hidrograficas e Aquiferos @Rodrigo Proença de Oliveira 2010 9

Textura do solo


1

3

4

9

8

7

111012

2

5 6

Zona Nome USDA Nome

1 Clay Argiloso

2 Sandy Clay Argio-arenoso

3 Sity Clay Argio-sitoso

4 Sandy Clay Loam Franco-argioso-arenoso

5 Clay Loam Franco-argioso

6 Sity Clay Loam Franco-argioso-sitoso

7 Sandy Loam Franco-arenoso

8 Loam Franco

9 Sit Loam Franco-sitoso

10 Sand Arenoso

11 Loamy Sand Arenoso-franco

12 Sit Sitoso

Tamanho das partículas (mm)

Designação Argila Silt Areia Seixo Calhau Pedra

International Society of Soil Science < 2 < 20 < 2000

US Dep. of Agricuture < 2 < 50 < 2000

British Standards Institution < 2 < 60 < 2000 < 60000 < 150000

DIN < 2 < 60 < 2000

Textura do solo


Solo franco(Loam)

- 20% argila

- 40% de silt

- 40% de areia

Bons para suportar plantas porque

tem a capacidade de disponibilizar

água e nutrientes em quantidades

adequadas

Argila – Clay

Silt – Silt

Areia – Sand

Loam - Franco

Estrutura do solo

• Condiciona a facilidade de cultivo do solo e a sua

susceptibilidade à erosão;

• Estruturas básicas:

– Granular

– Prismatica

– Massiva

– Esferoidal

– Blocos

– Placas


Porosidade

• Massa volúmica dos sólidos:

• Massa volúmica aparente

do solo:

• Massa volúmica aparente

do solo seco:

• Massa volúmica da água:


Partícula de solo

Ar

Água

Sólidos

Água

Ar

Vt

Vf

Vs

Vw

Va

Mt

Ms

Mw

Ma 0

s

ss

V

M

t

tt

V

M

t

s

dV

M

w

ww

V

M

Porosidade

• Porosidade:

• Teor volúmico de humidade:

• Grau de saturação:

• Teor mássico de humidade:


t

f

V

Vn

t

w

V

V

f

w

V

VS

s

w

M

Mw

s

dn

1

d

ww

w

dt

Sólidos

Água

Ar

Vt

Vf

Vs

Vw

Va

Mt

Ms

Mw

Ma 0

Capacidade de campo

Ponto de emurchecimento

• Capacidade de campo: relação entre o volume de

vazios ocupados pela água e o volume total de vazios,

depois de um longo período de drenagem.

• Ponto de emurchecimento: relação entre volume de

vazios ocupados pela água e o volume total do solo,

quando as plantas não podem retirar mais água do

solo.

• Porosidade efectiva, ne: relação entre o volume de

vazios ocupáveis pela água que circula por gravidade

e o volume total do solo.

• Capacidade utilizável, nu:Dinamica de Bacias Hidrograficas e Aquiferos @Rodrigo Proença de Oliveira 2010 15

t

rr

V

Vn

t

oo

V

Vn

our nnn

t

ce

V

Vn

re nnn

oue nnnn

Quantidade de água utilizável pelas plantas

Capacidade de campo < Teor de saturação

Ponto de emurchecimento > 0 (depende da capacidade de sucção das plantas)

Volume utilizável = Capacidade de campo – Ponto de emurchecimento


Solo com teor de humidade na

capacidade de campoSolo com teor de humidade na

capacidade de campo

Solo com teor de humidade no

ponto de emurchecimentoSolo saturado

Solo com teor de humidade na

capacidade de campo

Solo saturado

Precipitação

Percolação

Teores volumicos de humidade médios


Teores volúmicos de humidade médios

Textura Saturação

s

(mm m-1)

Capacidade de

campo

cc

(mm m-1)

Porosidade

efectiva

ne = s-cc

(mm m-1)

Ponto de

emurchecimento

permanente

ep

(mm m-1)

Água

utilizável

cc-ep

(mm m-1)

Arenosa 350 100 250 25 75

Arenoso-franca 158 50 108

Franca 217 67 150

Siltosa 450 267 183 100 167

Franco-siltosa 283 117 166

Franco-argilosa 317 150 167

Argilosa 500 325 175 208 117

Problema

• A massa volúmica aparente de um solo seco é 1750 kg m-3 e a

massa volúmica dos sólidos é 2500 kg m-3. Determine a

porosidade do solo e a sua massa volúmica aparente quando

saturado.

IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos © Rodrigo Proença de Oliveira, 2009 18

Problema

• Um vaso, munido de um orifício no fundo, contém 5 l de um solo

com um teor volúmico de humidade de 0.15. Sabendo que a

capacidade de campo do solo é 0.28, calcule a quantidade de

água que sairá pelo orifício quando se deitar no vaso 1 l de água.


Problema

• Num terreno com 1 ha encontra-se instalada uma cultura agrícola

com a profundidade radicular de 0.5 m. Sabendo que o solo tem

uma capacidade de campo de 0.45 e que o mínimo teor volúmico

de humidade admissível para produção é 0.24, estime o volume

de água de rega para passar desse mínimo à capacidade de

campo. Sabendo que a evapotranspiração média é de 3 mm/d

estime também o intervalo de tempo entre duas regas

sucessivas.


Taxonomia de solos

• World Soil Classification (UNFAO, 1974)

– 12 classes e 106 unidades

– Substituído pelo WRB

• USDA/NCRS ()

– Ordem (12), subordem, grupo, subgrupo, família e série

• World Reference Base for Soil Resources (WRB) (1998)

– Baseado no WSC e na taxonomia da USDA

– Patrocinado pela FAO e pela IUSS (International Union of Soil Sciences)

– 98 grupos de solo

• SROA (Serviço de Reconhecimento e Ordenamento Agrário)

– Predominantemente FAO


Solos do mundo (classificação USDA)


Taxonomia de solosClassificação da FAO


• Cambisolos

• Fluvisolos

• Litossolos - derivados das rochas consolidadas, de

espessura efectiva normalmente inferior a 10 cm;

encontram-se normalmente em áreas sujeitas a

erosão acelerada ou a erosão geológica recente;

• Luvissolos

• Planossolos

• Podzois - solos evoluídos; textura muito ligeira,

predominando as fracções areia grossa e fina;

• Rankers

• Regossolos - normalmente com grande espessura

efectiva, mais ou menos ácidos, constituídos por

materiais detríticos arenosos mais ou menos

grosseiros, com baixo teor em matéria orgânica;

• Solonchaks

• Vertissolos

• Acrisols

• Andosols

• Arenosols

• Cambisols

• Chernozems

• Ferralsols

• Fluvisols

• Gleysols

• Greyzems

• Gypsisols

• Histosols

• Kastanozems

• Lithosols

• Luvisols

• Nitosols

• Phaeozems

• Planosols

• Podzols

• Podzoluvisols

• Rankers

• Regosols

• Rendzinas

• Solonchaks

• Solonetz

• Vertisols

• Yermosols

Soil Map of Europe (FAO)


Classificação dos solos

(SROA)


Classificação dos solos

(FAO)

Realizado para a Carta Europeia de Solos


FAO vs SROA


FAO SROA

Afloramentos rochosos

Fluvissolos Aluviossolos

Luvissolos Argiluviados

Vertissolos Barros

Cambissolos Calcários

Litossolos Litossolos

Luvissolos Mediterraneos Pardos

Luvissolos Mediterraneos Vermelhos

Planossolos Planossolos

Podzois (Po, Pg) Podzois

Podzois (U) Rankers

Regossolos Regossolos

Solochacks Salinos

Produção do solo

• É um recurso renovável;

• World Watch Institute:

– Globalmente são produzidas 400 milhões de ton de solo por

ano;

– Globalmente perdem-se 25 mil milhões de solo por ano;

– Em cerca de 35% da área agricola mundial a erosão é maior

que a produção de solo.

• Outros valores

– O solo forma-se a um taxa de 0,02 a 0,11 mm /ano. São

precisos 10’000 a 50’000 anos para criar um metro de solo

(Merrits et al., 1998).

– São necessários 80 a 400 anos para criar 1 cm de solo de

superficial (horizonte A) (Tarbuck et al., 2009);



Erosão

• Volume de caudal sólido nos cursos de água do

planeta:

– Antes do aparecimento do homem: 9x109 ton/ano;

– Actualmente: 24x109 ton/ano

• Perda de terra arável:

– EUA: 4 a 5 milhões de acres são perdidos por ano

– Mundo: desde 1950 que se perdeu 1/3 da terra

cultivada devido à erosão


Tipos de erosão

• Agentes erosivos:

– Precipitação:

– Vento: Menos significativo


• Erosão por precipitação

– Deslizamento de vertentes / Movimentos de massa

– Distribuída no espaço interfluvial

– Localizada

• Sulcos (rill erosion)

• Ravinas (gully erosion)

• Rede hidrográfica

(stream channel erosion)

Deslizamentos de vertente (ou de massa)


Fonte: http://geoscape.nrcan.gc.ca


• Causas possíveis

– Liquefacção do solo por precipitação intensa

– Erosão da base

– Remoção da vegetação

– Sismo

• Factores de risco:

– Declives elevados;

– Ausência de vegetação: A vegetação tende a dar consistência a

uma encosta e reduzir o risco de deslizamento;

– Precipitação intermitente: A água tende a dar consistência mas uma

variabilidade excessiva do conteúdo de água no solo é

contraproducente;


Perda de solo e produção de sedimentos


Erosão

Produção de

sedimentos

Erosão

Produção de

sedimentos

Deposição

Produção de sedimentos = Perda de solo

CPS = 1Produção de sedimentos = Perda de solo - deposição

CPS < 1

Secção de

referênciaSecção de

referência

CPS (Coeficiente de produção de sedimentos) = Produção de sedimentos / Perda de solo

Erosão

Produção de

sedimentos

DeposiçãoProdução de sedimentos = Perda de solo - deposição

CPS << 1

Secção de

referência

Deposição

Deposição

Erosão distribuída e em sulcos e ravinas





Erosao por sulcos e ravinas



Erosao por sulcos e ravinas


Erosão em ravinas e rede hidrográfica


Utilização de imagens de satélite


Resultados do EARAM (IST/CERENA):

• Classe 1 - cicatrizes novas, sem margem para dúvidas;

• Classe 2 - cicatrizes antigas em que a totalidade da seu contorno já existia nos

ortofotomapas antigos, embora pareçam ter sido reactivadas;

• Classe 3 – Na sua maioria aparentam ser superficiais

Utilização de imagens de satélite


Deslizamentos versus precipitação


Resultados do EARAM (IST/CERENA)

Transporte sólido por aluvião

43Dinamica de Bacias Hidrograficas e Aquiferos @Rodrigo Proença de Oliveira 2010

Transporte e deposição de grandes

quantidades de material sólido


Redução das secções de vazão das ribeiras


Transporte sólido por aluvião

46Dinamica de Bacias Hidrograficas e Aquiferos @Rodrigo Proença de Oliveira 2010

Equação universal de perda de solo

(USLE/RUSLSE)

• E = R x K x LS x C x P

• E – perda de solo por unidade de área (ton/ha)

• R – Erosividade da precipitação (-)

• K – Erodibilidade do solo (ton/ha)

• LS – Comprimento e declive da encosta (-)

• C- Factor das culturas (-)

• P – Factor de medidas de conservação (-)

• Versões

– USLE: Wischmeier e Smith (1965, 1971, 1978);

– MUSLE

– RUSLE 1 (1992)

– RUSLE 2 (2001)


Calcula a erosão distribuída

no interflúvio e sulcos

A USLE (EUPS) é utilizada em todo o lado!


Erosividade da precipitação

• Estimado pela soma (Ri) dos valores de EI30 dos eventos pluviosos do

ano i em que choveu mais de 12 mm (expresso em MJ·mm·h-1·ha-1·ano-1).

• Num ano i com m eventos:

• (EI30)j é energia cinética do evento pluvioso j, calculada pelo produto

da energia cinética por unidade de precipitação com a precipitação

pela máxima intensidade da precipitação com a duração de 30

minutos;

• Em alternativa recorre-se a expressões que relacionam R com valores

de precipitação anual ou mensal


m

jji EIR

1

30

hmmIE

hmmIIE

j

jj

/76263,0

/76log. 30

100873,0119,0

Arnoldus: R = [(4.17*F)-152] , em que F é o indice de Fournier's (Arnoldus)

Lo et al.: R = [38.46+(3.48*P)] , em que P é a precipitação anual média.

Wischmeier

Erodibilidade do solo, K

• Exprime-se em valor de perda de solo por unidade de erosividade

da precipitação (t·h·MJ-1·mm-1·ano-1).

• Principais factores condicionantes:

– Textura do solo (argila, areia, silt e limo)

– Matéria orgânica

– Estrutura

– Permeabilidade

• Há muitas propostas de fórmulas :


759,3

3)(2,52)(3,2Mo)(124101,14

M2,1

K

M - [limo e areia muito fina (%)] . [100 – argila (%)],

Mo - matéria orgânica ( %),

- código de classe de estrutura do solo (1 a 4),

- código de classe de permeabilidade do solo (1 a 6),

Argila (0.1 - 0.2)

- resiste à desagregação

Areia (0.05 - 0.15)

- desagrega-se facilmente

- produz um escoamento baixo

- particulas são transportadas com

dificuldade

Limo (0.25 - 0.35)

- resistência média à desagregação

- produz um escoamento médio

Silt (0.4 -0.6)

- desagrega-se facilmente,

- produz escoamento elevado,

- facilmente transportado


Factor fisiografico LS

• Corresponde ao produto de dois factores, regra geral calculados

em conjunto:

– factor de comprimento de encosta (L),

– factor de declive da encosta (S),

• Valor adimensional correspondente à relação entre os valores da

encosta e do talhão de referência


Wischmeier e Smith (1978)

Coberto vegetal (C) e pratica agrícola (P)

• Valores adimensionais entre 0 e 1, obtidos de tabelas.

• Factor C do coberto vegetal depende

– Tipo de vegetação ou cobertura do solo

– Percentagem de cobertura

– Condições do coberto (incêndios, actividade agricolas)

• Factor P da prática agrícola depende

– Existência de medidas de controlo da erosão como socalcos,

redes de drenagem, etc.


Controlo da erosão

• Aumento do coberto vegetal

• Protecções superficiais

• Barreiras de vento

• Construção de terraços


Porto Santo

Coeficiente de produção de sedimentos

• A produção de sedimentos depende:

– Dimensão da bacia / Proximidade da zona de produção de

sedimentos

– Orografia da bacia

– Tipo de erosão (distribuída ou por sulcos)

– Tipo de sedimento produzido

• Não há uma fórmula única, mas

– Cps - coeficiente de produção de sedimentos(%)

– Ab - área da bacia (mi2)

– Lb - comprimento da bacia (m);

– H - altura da bacia (m);

– Rb - relação de bifurcação média da bacia (-).


B

b

bbPs R

h

LAC 10101010 log.786,2log.510,0log.230,0501,4log

SWAT: Estimativa da erosão

MUSLE (Modified Universal Soil Loss Equation): Williams (1995)

PS – Produção de sedimentos (CPS x E) em ton

Qsurf – Escoamento superficial em mm

Qpeak – Caudal de ponta em m3/s

Ahru – Área em ha

CFRG – fracção de sedimentos grosseiros

O SWAT apresenta também valores calculados pela USLE (Williams, 1995),

mas apenas para comparação .


CFRGLSPCKAqQPS hrupeaksurf 56,0

8,11

Controlo da erosão

• Aumento do coberto vegetal

• Protecções superficiais

• Barreiras de vento

• Construção de terraços


Porto Santo


Texas 1935



Erosão e desertificação

• Grandes Planícies dos Estados Unidos (1935)

– Um período humido no final dos anos 1920 levou muitos a cultivarem

extensivamente as planícies do Oklahoma, Texas e de outros estados;

– Seguiu-se uma seca que deixou o solo seco e exposto a ventos

– Em 14 de Abril de 1935 milhões de toneladas de solo foram levadas pelo vento

– Houve abandono de quintas e migrações em massa de uma população pobre

– Em 1939 Steinbeck escreveu as Vinhas da Ira (The grapes of Wrath) e em 1940

John Ford fez um filme

• Grandes Planícies dos Estados Unidos (1996)

– Uma nova geração de agricultores mantém praticas de conservação de solo,

sobretudo a manutenção de árvores e cobertura de solo com restos de

vegetação

– Uma seca semelhante à de 1930 não provocou tantos danos

• Erosão é diferente de desertificação

• Desertificação é diferente de seca ou de escassez de água

• Desertificação: Degradação do terreno por erosão e deterioração

do solo (redução significativa da sua produtividade).Dinamica de Bacias Hidrograficas e Aquiferos @Rodrigo Proença de Oliveira 2010 61

Degradação do solo


Processos de erosão e deposição em rios


Altitude

Direcção do escoamento

Declive acentuado

Velocidade elevada

Capacidade de transporte elevada

Erosão de sedimentos

Declive reduzido

Velocidade reduzida

Capacidade de transporte reduzida

Deposição de sedimentos

Planície de jusante

Cabeceiras de montante

Sedimentação em albufeiras


Sedimentação em albufeiras


Salinização de solos

• Processo natural: – Desagregação de rocha

– Dissolução de sais no contacto água - rocha

– Deposição de sais por evaporação da água

• Acelerado por causas antropogénicas– Irrigação:

• A aplicação de água que evapora deixando sais

• O aumento do nível piezométrico promove a evaporação da água dos aquiferos

• A criação de albufeiras facilita a evaporação e a salinização da água para rega

– Desertificação:• A desflorestação reduz a intercepção e a evaporação, aumenta a infiltração e conduz a

um aumento do nível piezométrico

– Urbanização:• A importação de água para abastecimento em canais favorece a evaporação, a

salinização da água que em caso de roturas contamina o solo

– Exploração de aquiferos em zonas costeiras• Descida do nível piezométrico proporciona condições para a intrusão salina


Salinização de solos

• Impactos da salinização:

– Contaminação da água que fica imprópria para consumo

– Desfloculação de argilas e desestruturação do solo

– Redução no crescimento das plantas por toxicidade

– Proporciona condições de desertificação

• Medidas de prevenção

– Irrigação em quantidade adequadas

– Redução das perdas de água por evaporação e por fugas

– Utilização de plantas mais resistentes

– Melhoria da drenagem dos solos

• Possíveis soluções de remediação:

– Melhoria da drenagem dos solos

– Aplicação de água doce em excesso

– Plantação de espécies de removam o sal

– Aplicação de produtos químicos (e.g. cal) para transformação dos

sais


Contaminação difusa por fertilizantes e

pesticidas


Problema

Identifique e descreva os factores de produção do solo.


Problema

Explicite a equação universal da perda de solos,

identificando cada uma das variáveis intervenientes e

respectivas unidades.


Problema

Indique o que se entende por coeficiente de produção

de sedimentos e discuta a sua importância.


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