Relações entre a concentração de íons e a salinidade de águas subterrâneas e superficiais, visando à irrigação, no sertão de Pernambuco

Relationship between ions concentration and salinity of subsurface and surface waters for irrigation in the semi-arid region of Pernambuco State, Brazil

Resumos

Objetivando-se verificar as relações entre a condutividade elétrica de águas subterrâneas e superficiais (CEa, em dS m-1 a 25ºC) e a concentração dos íons: Na+, Ca++ Mg2+ e Cl-, em mmol c L-1, procedeu-se à análise de regressão desses parâmetros em 175 amostras, sendo 75 de águas subterrâneas e 100 de águas superficiais, em 33 municípios do Sertão de Pernambuco. Os resultados evidenciam que os elementos: Na+, Ca2+ + Mg2+ e Cl-, podem ser estimados com bastante confiabilidade, através de equações do tipo: Y= a + bx, conforme discriminação a seguir: a) águas subterrâneas; (Na+) = - 0,710 + 4,765(CEa), R² = 0,91; (Ca2+ + Mg2+) = 0,287 + 4,673(CEa), R² = 0,83; (Cl-) = - 0,569 + 6,152(CEa), R²= 0,93 e b) águas superficiais; (Na+) = - 0,666 + 5,072(CEa), R² = 0,94; (Ca2+ + Mg2+) = 0,978 + 3,223(CEa), R² = 0,78; (Cl-) = - 0,874 + 6,890(CEa), R² = 0,94.

salinidade; água; irrigação; relações

The objective of the study was to determine the relationship between the electrical conductivity of subsurface and surface water (ECw in dS/m at 25ºC) and the ion concentration of Na+, Ca2+ + Mg2+ and C1- (in mmol c L-1). The study was based on 75 and 100 samples collected from subsurface and surface waters, respectively, in 33 counties in the semi-arid region of the Pernambuco State. Results showed that elements Na+, Ca2+ + Mg2+ and C1- may be estimated by a single linear regression of the type, Y = a + bx, as described below: a) subsurface water; (Na+) = - 0.710 + 4.765(ECw), R² = 0.91; (Ca2+ + Mg2+) = 0.287 + 4.673 (ECw), R² = 0.83; (C1-) = - 0.569 + 6.152 (ECw), R² = 0.93 and b) surface water; (Na+) = - 0.666 + 5.072 (ECw), R² = 0.94; (Ca2+ + Mg2+) = 0.978 + 3.223 (ECw), R² = 0 78; (C1-) = - 0.874 + 6.890 (ECw), R²= 0.94.

salinity; water; irrigation; relationship

RELAÇÕES ÁGUA-SOLO-PLANTA-ATMOSFERA SOIL-WATER-PLANT-ATMOSPHERE RELATIONS

Relações entre a concentração de íons e a salinidade de águas subterrâneas e superficiais, visando à irrigação, no sertão de Pernambuco

Relationship between ions concentration and salinity of subsurface and surface waters for irrigation in the semi-arid region of Pernambuco State, Brazil

José Nunes Filho^I; Antonio Raimundo de Sousa^II; Vital Artur de Lima e Sá^III; Berthyer Peixoto Lima^IV

^IEng. Agr. Dr. em Irrigação e Drenagem - Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuária - IPA. Av. Gal. San Martin, 1371, Bonji, CP 1022, CEP 50761 - 000, Recife, PE. E-mail: [e-mail]

^IIEng. Agr. Dr. em Solos e Nutrição de Plantas - IPA. E-mail: [e-mail]

^IIIEng. Agr. M.Sc. em Irrigação - IPA. E-mail: [e-mail]

^IVEng. Agr. MSc. em Irrigação - Bolsista CNPq

RESUMO

Objetivando-se verificar as relações entre a condutividade elétrica de águas subterrâneas e superficiais (CEa, em dS m^-1 a 25ºC) e a concentração dos íons: Na⁺, Ca⁺⁺ Mg²⁺ e Cl^-, em mmol_c L^-1, procedeu-se à análise de regressão desses parâmetros em 175 amostras, sendo 75 de águas subterrâneas e 100 de águas superficiais, em 33 municípios do Sertão de Pernambuco. Os resultados evidenciam que os elementos: Na⁺, Ca²⁺ + Mg²⁺ e Cl^-, podem ser estimados com bastante confiabilidade, através de equações do tipo: Y= a + bx, conforme discriminação a seguir: a) águas subterrâneas; (Na⁺) = - 0,710 + 4,765(CEa), R² = 0,91; (Ca²⁺ + Mg²⁺) = 0,287 + 4,673(CEa), R² = 0,83; (Cl^-) = - 0,569 + 6,152(CEa), R²= 0,93 e b) águas superficiais; (Na⁺) = - 0,666 + 5,072(CEa), R² = 0,94; (Ca²⁺ + Mg²⁺) = 0,978 + 3,223(CEa), R² = 0,78; (Cl^-) = - 0,874 + 6,890(CEa), R² = 0,94.

Palavras-chave: salinidade, água, irrigação, relações

ABSTRACT

The objective of the study was to determine the relationship between the electrical conductivity of subsurface and surface water (ECw in dS/m at 25ºC) and the ion concentration of Na⁺, Ca²⁺ + Mg²⁺ and C1- (in mmol_c L^-1). The study was based on 75 and 100 samples collected from subsurface and surface waters, respectively, in 33 counties in the semi-arid region of the Pernambuco State. Results showed that elements Na⁺, Ca²⁺ + Mg²⁺ and C1- may be estimated by a single linear regression of the type, Y = a + bx, as described below: a) subsurface water; (Na⁺) = - 0.710 + 4.765(ECw), R² = 0.91; (Ca²⁺ + Mg²⁺) = 0.287 + 4.673 (ECw), R² = 0.83; (C1-) = - 0.569 + 6.152 (ECw), R² = 0.93 and b) surface water; (Na⁺) = - 0.666 + 5.072 (ECw), R² = 0.94; (Ca²⁺ + Mg²⁺) = 0.978 + 3.223 (ECw), R² = 0 78; (C1-) = - 0.874 + 6.890 (ECw), R²= 0.94.

Key words: salinity, water, irrigation, relationship

INTRODUÇÃO

O Sertão de Pernambuco ocupa 68.800 km², correspondendo a aproximadamente 70 % do Estado (Anuário Estatístico de Pernambuco, 1982). Caracteriza-se pela baixa pluviosidade com chuvas mal distribuídas durante 4 a 5 meses, no período de janeiro a maio, alta taxa de evapotranspiração potencial, em torno de 2.000 mm e temperaturas elevadas durante todo o ano, entre 24 a 25ºC (Nunes Filho et al., 1991).

A prática da irrigação é indispensável na Região, em virtude da ocorrência de déficit hídrico para as culturas, principalmente na época seca; no entanto, a aplicação de água pode ser um fator de salinização do solo, quando não manejada corretamente (Pizarro, 1978); assim sendo, os sais solúveis contidos nas águas subterrâneas e superficiais podem, em certas condições de clima ou lugar, salinizar os solos com produtos solúveis e modificar os íons trocáveis do complexo sortivo do solo (Servant, 1980). Essas alterações físico-químicas afetam o regime de umidade do solo, aeração, nutrição, desenvolvimento vegetativo e produtivo das plantas (Nunes Filho, 1984).

Cruz & Melo, citados por Medeiros et al. (1993) indicam, em ordem decrescente, os principais fatores que contribuem para a salinização das águas subterrâneas no Nordeste: a) clima; b) modo de ocorrência das águas (aquíferos livres ou confinados); c) condições de circulação (zoneamentos verticais) e d) natureza geológica (influência litológica). Por outro lado, Leprun (1983) apresentou o tipo de solo e a exposição a evaporação, como os principais indicadores de salinidade das águas superficiais. Oliveira & Maia (1998) estudando a qualidade da água de diversos aqüíferos de áreas sedimentares do Rio Grande do Norte, concluíram que a maioria dos mananciais pode apresentar problemas, tanto para o solo quanto para os sistemas de irrigação, quando a irrigação pressurizada for empregada. Afirmam, também, que a probabilidade de se encontrar águas com CE > 3,0 dS m^-1, ocorre na seguinte proporção: poços tubulares 27%; poços amazonas 16% e águas de açudes, rios e riachos, 21%.

Segundo Ayers & Westcot (1991) os principais problemas de qualidade de água para irrigação são os seguintes: salinidade - os sais solúveis do solo e da água reduzem a disponibilidade da água para as plantas, a tal ponto que afetam os rendimentos; infiltração de água - teores relativamente altos de sódio, ou baixos de cálcio no solo e na água, reduzem a velocidade com que a água de irrigação atravessa a superfície do solo. Esta redução pode alcançar tal magnitude, que as raízes das plantas não recebem suficiente água entre as irrigações e toxicidade de íons específicos - certos íons (sódio, cloreto e boro) contidos no solo ou na água, acumulam-se nas plantas em concentrações suficientemente altas para causar danos e reduzir os rendimentos das culturas sensíveis.

Ao se determinar a viabilidade do uso de águas para irrigação, deve-se levar em consideração a composição química da mesma, a tolerância das culturas, as práticas de manejo de solo, água e culturas, as condições climatológicas, o método de irrigação e as condições de drenagem (Contreras & Elizondo, 1980).

Thorne & Rickeenback (1972) relataram que a condutividade elétrica (CEa.) que representa uma medida indireta da concentração total de sais solúveis, e a relação de adsorsão de sódio (RAS) constituem os principais parâmetros de classificação e qualidade das águas para irrigação. Também, o Manual 60 do Laboratório de Salinidade dos E.U.A (Richards, 1980) avalia a qualidade da água para irrigação com base na CEa. em mmhos cm^-1 a 25ºC e a RAS, segundo a fórmula: RAS = Na⁺/[(Ca²⁺+ Mg²⁺)/2]^0,5 sendo os cátions expressos em mmol_c L^-1. Esta razão indica a atividade dos íons monovalentes e bivalentes nas soluções dos solos. Vários autores, citadas por Pérez (1976) apresentaram outras relações para considerar uma água de boa qualidade, tais como: (Ca²⁺ + Mg²⁺)/Na⁺ > 23 (Antipov & Karataev); Na⁺ x 100/(Ca²⁺ + Mg²⁺ < 66 (Mozheico); Mg²⁺ x 100/(Ca²⁺ + Mg²⁺) < 30 (Szabolcs & Darab); e Na⁺/Ca²⁺ + Mg²⁺) < 1 (Kelley, Liebig & Brown).

Por outro lado, Doneen (1967) introduziu o conceito de Salinidade Potencial (SP) das águas de irrigação, de acordo com a expressão: SP = Cl^- + y₂ SO₄^2-, expressando as concentrações desses ânions em mmol_c L^-1.

Considerando-se a importância da concentração e das relações dos cátions Na⁺, Ca²⁺ + Mg²⁺ e do ânion Cl^-, nas águas para fins de irrigação, o presente trabalho tem como objetivo estudar as relações entre esses íons e a salinidade total das águas subterrâneas e superficiais, no Sertão de Pernambuco, visando a uma classificação rápida e de baixo custo, com base apenas nas leituras de CEa em dS m^-1 a 25ºC, "in situ", realizadas através de condutivímetro portátil.

MATERIAL E MÉTODOS

O trabalho foi conduzido no Sertão de Pernambuco, que compreende as seguintes coordenadas geográficas: latitude sul de 8º30'30" a 9º30'00" e longitude oeste de Greenwich de 37º30'00" a 41º00'00" (DMRH/IPA, 1996).

As amostragens de água foram realizadas durante quatro anos, no período de 1993 a 1996, totalizando 175 amostras, sendo 100 de águas superficiais e 75 de águas subterrâneas distribuídas em trinta e três municípios, de forma casualizada e segundo as necessidades dos proprietários de identificarem a qualidade das águas dos seus mananciais para uso na irrigação.

Consideraram-se, como águas subterrâneas, todas as amostras oriundas de poços amazonas, cacimbas e poços tubulares. As águas superficiais abrangeram açudes, rios, riachos e a represa de Itaparica, no Rio São Francisco, município de Petrolândia.

O material coletado foi acondicionado em recipientes de 1000 mL hermeticamente fechados e conduzidos ao laboratório de análises de água da Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuária (IPA). Nessas amostras foram realizadas as seguintes determinações: resíduo seco, SO₄^2-, pH, CEa., Na⁺, K+, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, CO₃^2- e HCO₃^-. Utilizou-se a metodologia proposta por Richards (1980) e EMBRAPA (1979).

De posse dos resultados, efetuou-se a análise de regressão e ajuste de equações lineares empíricas entre as concentrações de Na⁺, Ca²⁺ + Mg²⁺ e Cl^- em mmol_c L^-1 e a CEa em dS m^-1 a 25ºC, para as águas subterrâneas e superficiais, tendo em vista o efeito marcante desses elementos eletropositivos na atividade iônica da solução do solo e do ânion cloreto, considerado tóxico para a maioria das culturas e predominante nas águas estudadas. Determinaram-se as classes modal e de salinidade, segundo a fórmula de Czuber, citado por Bonini(1972) e a distribuição de freqüências relativas, com base na CEa.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Verifica-se que a maioria das águas estudadas se enquadra na classe de salinidade média (0,25 < CEa < 0,76 dS m^-1), segundo Richards (1980) com distribuição normal (Figura 1); por outro lado, as águas de salinidade baixa (CEa < 0,25 dS m^-1) se apresentam com freqüências relativas (fr) de 23,0 e 20,0% nos mananciais de águas subterrâneas e superficiais, respectivamente, ocorrendo o mesmo com as águas de salinidade muito alta (CEa > 2,25 dS m^-1) cuja fr foi também maior para as águas subterrâneas; no entanto, a classe que contém a moda (CEa = 0,43 dS m^-1) apresentou comportamento inverso, ou seja, houve maior porcentagem de águas superficiais em comparação com as águas provenientes do subsolo, ambas de salinidade média com valores de 46,0 e 37,0%, respectivamente.

O estudo das regressões entre CEa e os íons em pauta (Tabelas 1 e 2) mostra que é possível se estimar com bastante confiabilidade, os elementos Na⁺, Ca²⁺ + Mg²⁺ e Cl^-, dentro da faixa de leituras dada pelos condutivímetros, uma vez que as equações obtidas foram significativas a nível de 1% de probabilidade pelo teste "t". Trabalho semelhante foi realizado por Silva Júnior et al. (1999), que correlacionaram as características das águas (Na⁺, Ca²⁺ + Mg²⁺, Cl^- e RAS) em função da CEa, para cinco núcleos do sub-programa GAT, nos Estados da Paraíba, Ceará e Rio Grande do Norte, tendo-se encontrado parâmetros das regressões lineares Y = a + b (CEa) com diferença significativa a nível de 5% de probabilidade, para a mesma variável, entre os núcleos e os dados de todas as águas estudadas. No caso da estimativa dos íons Na⁺ e Cl^-, nas águas superficiais e subterrâneas, as equações propostas têm validade no intervalo de 0,15 < CEa < 5,00 dS m^-1, uma vez que os valores dos interceptos são negativos, nos modelos descritos a seguir:

Na⁺ = - 0,710 + 4,765 (CEa), R² = 0,91** (águas subterrâneas)

Na⁺ = - 0,666 + 5,072 (CEa), R² = 0,94** (águas superficiais)

Cl^- = - 0,569 + 6,152 (CEa), R² = 0,93** (águas subterrâneas)

Cl^- = - 0,874 + 6,890 (CEa), R² = 0,94** (águas superficiais)

Sendo os valores de CEa expressos em dS m^-1 a 25ºC e os íons calculados em mmol_c L^-1, as concentrações de Ca²⁺ + Mg²⁺ em mmol_c L^-1, podem ser estimadas através de leituras de CEa, no intervalo: 0 < CEa < 5,0 dS m^-1, nas águas subterrâneas e superficiais, sem restrições, pois as equações apresentaram interceptos (parâmetros a) sempre positivos, para os dois tipos de mananciais, de acordo com as seguintes equações:

Águas subterrâneas

(Ca²⁺ + Mg²⁺) = 0,287 + 4,673(CEa) R² = 0,83**

Águas superficiais

(Ca²⁺ + Mg²⁺) = 0,978 + 3,223(CEa) R² = 0,78**

Observa-se que os coeficientes de determinação R², para a estimativa de Ca²⁺ + Mg²⁺, nas águas superficiais e subterrâneas, foram os mais baixos de todos, talvez pela maior variabilidade litológica, acarretando diferença na quantidade de ânions associados a esses cátions, com a predominância de sulfatos nas águas provenientes de áreas gessíferas do Araripe, e cloretos no cristalino, influenciando de modo geral a salinidade total, devido à maior solubilidade dos sais de cloretos em comparação com os sulfatos.

As águas superficiais apresentaram-se, em média, menos mineralizadas que as águas subterrâneas, com valores de CEa de 0,713 e 1,033 dS m^-1 a 25°C, respectivamente.

CONCLUSÕES

1. Da análise dos resultados, conclui-se que os íons Na⁺, Ca⁺ + Mg²⁺ e Cl^- contidos nas águas subterrâneas e superficiais do Sertão de Pernambuco podem ser estimados com confiabilidade, através das seguintes equações empíricas:

Águas subterrâneas

(Na⁺) = - 0,710 + 4,765(CEa) R² = 0,91

(Ca²⁺ + Mg²⁺) = 0,287 + 4,673(CEa) R² = 0,83

(Cl^-) = - 0,569 + 6,152(CEa) R² = 0,93

Águas superficiais

(Na⁺) = - 0,666 + 5,072(CEa) R² = 0,94

(Ca²⁺ + Mg²⁺) = 0,978 + 3,222 (CEa) R² = 0,78

(Cl^-) = - 0,874 + 6,890 (CEa) R² = 0,94

2. A salinidade média das águas superficiais e subterrâneas foi de 0,713 e 1,033 dS m^-1 a 25ºC, respectivamente, no entanto, a salinidade modal foi praticamente igual para os mananciais de superfície e subterrâneos, com valores de 0,430 e 0,435 dS m^-1, respectivamente.

3. A concentração modal dos íons Na⁺, Ca²⁺ + Mg²⁺ e Cl^- nas águas superficiais e subterrâneas, foi de 1,67, 2,48 e 2,18 e 1,06, 2,62, e 2,03 mmol_c L^-1, respectivamente.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a colaboração do pesquisador Venézio Felipe dos Santos, na análise estatística deste trabalho, e das assistentes administrativas Cláudia Rodrigues Fernandes Barbosa e Leny Nobre Alecrim, pela digitação e diagramação, respectivamente.

Recebido em 19/08/1999, Protocolo 093/99

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  18 Fev 2011
• Data do Fascículo
  2000

Histórico

• Recebido
  19 Ago 1999