Erosividade e características da chuva correlacionadas com perdas de solo em Alagoinha - PB

Erosivity, rain characteristics and soil losses at Alagoinha, state of Paraíba, Brazil

EROSIVIDADE E CARACTERÍSTICAS DA CHUVA CORRELACIONADAS COM PERDAS DE SOLO EM ALAGOINHA - PB¹

EROSIVITY, RAIN CHARACTERISTICS AND SOIL LOSSES AT ALAGOINHA, STATE OF PARAÍBA, BRAZIL

Clístenes Williams Araújo do Nascimento² Iêde de Brito Chaves³

RESUMO

Visando estabelecer o parâmetro da chuva quemelhor expresse a sua capacidade potencial de causar erosão, foram estudadas, para o período de 1981 a 1989, correlações lineares simples entre 13 características da chuva e as perdas de solo provocadas por erosão hídrica em solo classificado como Terra Roxa Estruturada localizada na Estação Experimental de Alagoinha, Paraíba, pertencente a Empresa Estadual de Pesquisa Agropecuária da Paraíba. As características da chuva testadas como estimadores da erosividade foram: quantidade de chuva;energia cinética total; segmentos de chuva com energia cinética igual ou superior a 25 mm/h; intensidades máximas de chuva em 5, 10, 15, 30 e 60 minutos; produto da energia cinética total pelas intensidades máximas em 5, 10, 15, 30 e 60 minutos. As correlações obtidas indicam que a característica da chuva produto da energia cinética total pela intensidade máxima em 15 minutos é a que melhor se correlaciona com as perdas de solo na região em estudo; entretanto, não houve diferença significativa entre as características produto da energia cinética total pela intensidade máxima em 15 minutos e produto da energia cinética total pela intensidade máxima em 30 minutos. O valor médio anual para a precipitação em Alagoinha - PB no período de 1981 a 1989 foi de 3423 MJ.mm/ha.h.

Palavras-chave: erosão de solo, energia cinética de chuvas.

SUMMARY

The objective of this study was to establish a rain parameter that can be used to express the potential capability of the rain to cause soil erosion. Datafrom 1981 to 1989 were used in simple linear corre letions among 13 rain characteristics and soil tosses using individual erosive rains in an Alfisol soil of Alagoinha Experimental Station of "Empresa Estadual de Pesquisa Agropecuária", State of Paraíba, Brazil. The rain characteristics tested were: total precipitation; total kinetic energy; kinetic energy higher than 25 milimeters ; rain intensity at 5, 10, 15, 30 and 60 minutes; product between kinetic energy and rain intensity at 5, 10, 15, 30 and 60 minutes. The corre lations obtained among rain characteristics and soil tosses, indicated that the rain characteristic energy-intensity in 15 minutes is better correlated to soil losses. However, there was no difference between energy-intensity in 15 minutes and energy-intensity in 30 minutes characteristics. The médium year value of the erosivity (EI₃₀) obtained for Alagoinha during the studied period was 3.423 MJ.mm/ha, h.

Key words: soil erosion, kinetic energy of rains.

INTRODUÇÃO

A erosão hídrica é sem dúvida, a principal causa do empobrecimento do solo, seja pela remoção de nutrientes e matéria orgânica da camada superficial, seja pela remoção das próprias partículas do solo pelas enxurradas. Neste sentido, ela ocorre como um fator preponderante na diminuição da capacidade produtiva dos solos agrícolas.

A capacidade potencial da chuva em causar erosão, também chamada de erosividade da chuva, pode ser avaliada através de suas características físicas. Assim sendo, dentro de uma relação causa e efeito, pode-se, padronizando o processo erosivo para condições padrão de cobertura vegetal, preparo do solo e declividade, relacionar parâmetros da chuva que melhor expressem as perdas de solo. Tradicionalmente tem-se utilizado o parâmetro EI₃₀ (produto da energia cinética da chuva pela sua intensidade máxima em 30 minutos) selecionado por WISCHMEIER (1959) para as condições dos Estados Unidos. Contudo, segundo HUDSON (1981), particularmente para as condições de clima tropical e subtropical, deva se investigar outros parâmetros da chuva que melhor expressem sua capacidade potencial de causar erosão.

No Brasil, diversos trabalhos têm tentado, a partir de correlações com perdas de solo, selecionar um parâmetro da chuva que melhor expresse a sua capacidade erosiva (LOMBARDI NETO, 1977;CAMPOS FILHO, 1983; CARVALHO, 1987 e CANTALICE & MARGOLIS, 1993). Os resultados têm demonstrado que embora o parâmetro EI₃₀ tenha se apresentado bem correlacionado com as perdas de solo, em muitos casos outros parâmetros do mesmo modelo Ein (Energia-Intensidade) têm com freqüência obtido melhores correlações.

Neste sentido, o presente trabalho tem como objetívo avaliar a relação entre as características da chuva e as perdas de solo em parcela experimental, visando determinar o melhor parâmetro para expressar a capacidade potencial da chuva de causar erosão no município de Alagoinha, mesoregião do Agreste Paraibano. Os dados obtidos terão aplicabilidade no planejamento do uso e manejo das terras da região em estudo e de áreas circunvizinhas de padrão climático semelhante.

MATERIAIS E MÉTODOS

O experimento foi conduzido na Estação Experimental de Alagoinha, Paraíba, pertencente a Empresa Estadual de Pesquisa Agropecuária da Paraíba (EMEPA). O município de Alagoinha localiza-se na mesoregião do Agreste Paraibano, entre as latitudes Sul 6°54'16" e 6°59'44" e longitudes 32°27'57" e 33°36'00" a oeste de Greenwich e altitude de 140 m. O clima da região é do tipo As'de Koppen, tropical chuvoso com verão seco e com precipitação média anual em torno de 1000 mm. O solo no qual foi realizado o ensaio é classificado como Terra Roxa Estruturada Eutrófica (BRASIL, 1972).

A parcela experimental utilizada para a obtenção dos dados de perdas de solo possuía uma área de 100 m² (20 x 5m) e declividade de 12%, sendo delimitada por paredes de alvenaria. O manejo da parcela seguiu as recomendações de WISCHMEIER & SMITH (1978), sendo mantida sem cobertura vegetal e preparada manualmente no sentido do declive. O sistema coletor de solo e enxurrada, localizado a jusante da parcela experimental, constituía-se de dois tanques de alvenaria com capacidade unitária para l m³, sendo interligados por um divisor tipo Geib, com 9 janelas. As coletas do material perdido por escoamento superficial da parcela corresponderam ao período de 1981 a 1989. Após cada chuva o material foi coletado nos tanques, medido e amostrado de acordo com as recomendações de BERTONI et al. (1975) e COGO (1978), adaptadas para as condições locais.

As chuvas ocorridas no período correspondente as observações, 1981 a 1989, foram registradas em um pluviógrafo que funciona através de um mecanismo de relógio, tendo capacidade para registrar chuvas no decorrer de um período de 24 horas. Para o registro dessas chuvas foram utilizados pluviogramas, nos quais na ordenada é lida a altura da precipitação em segmento de 10mm, subdividido a cada 0,1 mm de chuva e na abscissa o tempo para um período de 24 horas subdivididos a cada 10 minutos. Os critérios adotados para separar chuvas consideradas erosivas foram baseados nas propostas de WISCHMEIER (1959), modificadas por CABEDA (1976).

Um número total de 234 chuvas foram consideradas erosivas, de acordo com os critérios acima especificados, e a partir delas foram calculadas as seguintes características físicas das chuvas erosivas:quantidade de chuva (Q) em mm; intensidades máximas de chuvas ocorridas nos intervalos de 5, 10, 15, 30 e 60 minutos (In) em mm/h; Produto da energia cinética total pelas intensidades máximas de chuvas em intervalos crescentes de tempo (EI_n), ou seja, EI₅, EI₁₀, EI₁₅, EI₃₀ e EI₆₀ em MJ.mm/ha.h; energia cinética de chuvas com intensidades maiores que 25mm/h (EC>25) em MJ/ha (HUDSON, 1981) e energia cinética total (ECT) em MJ/ha (WISCHMEIER & SMITH, 1958; FOSTER et al, 1981).

As correlações lineares simples entre as características da chuva e as perdas de solo foram obtidas através do uso do "software" SAEG. Foram calculadas as equações de regressão linear simples, o coeficiente de correlação e o coeficiente de determinação, entre as características da chuva e as perdas de solo. Os coeficientes de correlação obtidos foram comparados por um teste de hipótese, segundo o método apresentado por FONSECA et al. (1982).

Para a determinação da erosividade mensal foram somados os valores de EI₃₀ das chuvas individuais erosivas que ocorreram em cada mês. A erosividade média mensal, por sua vez, foi determinada através da média aritmética dos valores de EI₃₀ mensais ocorridos em um determinado mês no período de 1981 a 1989. O valor da erosividade anual para um determinado ano foi obtido através da soma dos valores da erosividade mensal ocorridos em cada um dos anos analisados. A erosividade média anual, ou fator R da Equação Universal de Perdas de Solo, correspondente ao período de 1981 a 1989 foi calculada a partir da média aritmética dos nove valores anuais de EI₃₀.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na Figura l são apresentados os valores médios mensais da precipitação em Alagoinha. A precipitação média anual observada para esta localidade foi de 1109mm. A análise da distribuição da precipitação ao longo do ano demonstra um período chuvoso que vai de fevereiro a agosto e um período mais seco que abrange os meses de setembro a janeiro. Considerando o mês de agosto, com um valor médio mensal de 97mm, pode-se afirmar que em termos médios mensais, em Alagoinha ocorre um período de sete meses consecutivos onde a precipitação é abundante e bem distribuída.

O fator R da Equação Universal de Perdas de Solo, expresso pelo valor médio das erosividades anuais calculado através do EI₃₀ foi de 3423 MJ.mm/ha.h.ano. Valores de erosividade média anual semelhantes foram obtidos por CAMPOS FILHO et al (1984) para Glória do Goitá - Pernambuco (3483 MJ.mm/ha.h.ano) e por CHAVES & DINIZ (1981) para Areia - Paraíba (3875MJ.mm/ha.h.ano).

Apesar do valor médio anual da precipitação ser relativamente alto (l 109mm), o baixo valor médio anual da erosividade obtido para Alagoinha sugere a presença de um número grande de chuvas de baixa intensidade ao longo do ano. Observando-se a distribuição dos valores médios mensais da erosividade (Figura 2), destaca-se fevereiro, no início do período chuvoso, como o mês de mais alta erosividade (782MJ.mm/ha.h). É durante os primeiros meses do período chuvoso, portanto, a ocasião em que ocorre o maior risco potencial de perdas de solo por erosão hídrica. A partir de maio, apesar das chuvas abundantes, a erosividade mensal das chuvas cai consideravelmente, demonstrando que o risco potencial de erosão hídrica torna-se menor.

Na Tabela l são apresentados as estimativas dos parâmetros da equação de regressão linear, o coeficiente de correlação e de determinação entre as características da chuva e as perdas de solo. Os coeficientes de correlação, apresentados em ordem decrescente de valores, foram estatisticamente significativos ao nível de 5% de probabilidade. Uma análise global de tais coeficientes mostra que os mesmos variaram de 0,70 a 0,49, para as características EI₁₅ e I₅, respectivamente. Detalhando-se a análise, percebe-se dois grupos distintos de coeficientes de correlação: um com valores maiores, compreendidos entre 0,70 (EI₁₅) e 0,64 (EC>25), o qual engloba todas as características do tipo EI_n e mais o EC>25, e outro, com valores menores, entre 0,60 (I₆₀) e 0,49 (I₅), englobando todas as imensidades máximas (I_n) mais a energia cinética total (ECT) e a quantidade de chuva (Q).

Esses resultados estão de acordo com MORAIS et al. (1988), que encontraram as características do tipo EIn como as mais bem correlacionadas com as perdas de solo para três localidades do Rio Grande do Sul, e com CARVALHO et al. (1989) que encontraram resultados semelhantes para as correlações lineares estudadas para Mococa, São Paulo. Stocking & Elwell apud MORAIS et al. (1988), testando diversas características da chuva em dois tipos de solo em Zimbabwe, concluíram que o parâmetro energia-intensidade foi o que forneceu a melhor estimativa de perdas de solo causadas por chuvas individuais. A quantidade de chuva apresentou um coeficiente considerado baixo (r = 0,49) quando correlacionado com as perdas de solo no município de Alagoinha, confirmando resultados obtidos por HUDSON (1981) de que a relação entre estas variáveis é fraca e que são necessárias outras medidas mais eficientes para descrever o potencial erosivo das chuvas.

Dentre as características da chuva do tipo I_n a intensidade máxima em 60 minutos foi a que apresentou melhor correlação com as perdas de solo (r=0,60) ficando o menor valor de correlação obtido (r=0,49) para a característica intensidade máxima em 5 minutos. O valor do coeficiente de correlação da característica I₆₀ quando comparada aos valores obtidos para as características I₃₀, I₁₅, I₁₀ e I₅, que apresentaram ordem decrescente de valores de coeficiente de correlação, indica que as perdas de solo em Alagoinha estão associadas a chuvas de longa duração; condição esta que aumenta o escoamento superficial devido a diminuição da taxa de infiltração instantânea de água no solo.

A característica energia cinética de chuva com intensidade maior que 25mm/h (EC>25) apresentou um coeficiente de correlação (r = 0,64) que em termos absolutos ocupa uma posição intermediária em relação as demais características da chuva. Sendo assim, pode-se considerar que a eliminação dos valores de energia cinética das intensidades inferiores a 25mm/h melhorou a estimativa da erosividade, visto que o valor absoluto para o coeficiente de correlação entre as perdas de solo e a energia cinética total foi menor.

Embora HUDSON (1981) tenha indicado que o parâmetro EC>25 é o melhor preditor das perdas de solo para as regiões de clima tropical, trabalhos recentes desenvolvidos no Brasil têm indicado outros parâmetros, principalmente porque a característica EC>25 vem obtendo correlações menores que aquelas observadas para outras características da chuva, notadamente os parâmetros EI_n (MORAIS et al., 1988; CARVALHO et al., 1993; CANTALICE & MARGOLIS, 1993).

As características do tipo EI_n forneceram coeficientes de correlação superiores àquele determinado para a característica EC>25, embora não difiram entre si quando submetidos a comparação estatística ao nível de 5% de probabilidade. Portanto, a afirmação de HUDSON (1981) de que a EC>25 estimaria melhor as perdas de solo nas regiões tropicais e subtropicais do que o EI₃₀ não foi ratificada pelo presente trabalho, embora não difira da característica melhor correlacionada (EI₁₅), e está de acordo com os dados obtidos por outros pesquisadores para outras regiões do país (CARVALHO et al., 1993 e CANTALICE & MARGOLIS, 1993).

A característica da chuva EI₃₀, apesar de desenvolvida nas condições climáticas dos Estados Unidos por WISCHMEIER & SMITH (1958), onde apresentou-se bem correlacionada com as perdas de solo, obteve um coeficiente de correlação com as perdas de solo em Alagoinha da ordem de 0,64, situando-se entre as oito características da chuva mais bem correlacionadas com as perdas de solo em termos absolutos, destas não diferindo quando submetida à análise estatística. Outros autores, em estudos semelhantes, chegaram também a conclusão de que o parâmetro EI₃₀ pode ser utilizado sem problemas como avaliador da erosividade das chuvas nas localidades observadas (CAMPOS FILHO, 1983; MORAIS et al, 1988; ALBUQUERQUE, 1991).

CONCLUSÕES

- A erosividade média anual (fator R da Equação Universal de Perdas de Solo) para Alagoinha é de 3423MJ.mm/ha.h, sendo o período de fevereiro, março e abril aquele onde ocorre o maior risco de erosão na região estudada, visto que 62% da erosividade média anual concentra-se neste período.

- As características da chuva que melhor se correlacionam com as perdas de solo são os produtos da energia cinética pelas imensidades máximas nos intervalos de 15, 60, 10, 5 e 30 minutos, sendo esta última, devido a sua ampla utilização em todo país, recomendada para estimar a erosividade das chuvas também em Alagoinha, Paraíba.

AGRADECIMENTOS

Os autores gostariam de agradecer ao professor Ivandro de França da Silva da UFPB e aos engenheiros agrônomos Edilson Diniz, Eliana Coelho e Olívio Ribeiro, pela ajuda no desenvolvimento do trabalho e pela concessão dos dados utilizados, obtidos através do convénio UFPB/SUDENE.

CABEDA, M.S.V. Computation of storm EI value. West Lafayette: Purdue University, 1976. 6 p.

² Engenheiro Agrônomo, aluno do Curso de Pós-graduação em Solos e Nutrição de Plantas, Universidade Federal de Viçosa, Departamento de Solos, 36570-000, Viçosa, MG. Autor para correspondência.

³ Engenheiro Agrônomo, Dr., Professor do Departamento de Solos e Engenharia Rural, UFPB, Campus III, 58397-000 Areia, PB.

Recebido para publicação em 26.12.95. Aprovado em 08.05.96

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Parte da Dissertação de graduação apresentada pelo primeiro autor ao Curso de Agronomia da Universidade Federal da Paraíba (UFPB).

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  24 Set 2008
• Data do Fascículo
  Dez 1996

Histórico

• Aceito
  08 Maio 1996
• Recebido
  26 Dez 1995