Erodibilidade do solo nos tabuleiros costeiros

Soil erodibility in the Brazilian coastal plains

CIÊNCIA DO SOLO

Erodibilidade do solo nos tabuleiros costeiros¹

Soil erodibility in the Brazilian coastal plains

Sérgio Gualberto Martins^I; Junior Cesar Avanzi^II; Marx Leandro Naves Silva^III; Nilton Curi^III; Sebastião Fonseca^IV

^ICentro Universitário de Lavras, Lavras, MG, Brasil. E-mail: [e-mail]

^IIEmbrapa Pesca e Aquicultura, Palmas, TO, Brasil. E-mail: [e-mail]

^IIIUniversidade Federal de Lavras, Departamento de Ciência do Solo, Lavras, MG, Brasil. E-mails: [e-mail], [e-mail]

^IVFibria Celulose S. A., Aracruz, ES, Brasil. E-mail: [e-mail]

RESUMO

Para determinar perdas de solo por erosão hídrica, em diferentes situações, são utilizados modelos de predição de erosão, como a Equação Universal de Perdas de Solo (EUPS). A aplicação destes modelos, no planejamento agrícola e ambiental, depende da determinação dos fatores da EUPS, dentre estes a erodibilidade (fator K). Este estudo teve como objetivo determinar a erodibilidade, para as principais classes de solos da região dos Tabuleiros Costeiros, em Aracruz (ES). O experimento foi instalado nos seguintes solos: Argissolo Amarelo textura média/argilosa (PA1), Plintossolo Háplico (FX) e Argissolo Amarelo moderadamente rochoso (PA2). Para o cálculo da erodibilidade, foram utilizados dados de erosividade e de perdas de solo de novembro de 1997 a maio de 2004. As coletas de perdas de solo foram realizadas para cada evento de chuva considerada erosiva. Os valores de erodibilidade foram 0,007 Mg h MJ^-1 mm^-1; 0,017 Mg h MJ^-1 mm^-1; e 0,0004 Mg h MJ^-1 mm^-1, para PA1, FX e PA2, respectivamente.

Palavras-chave: Fator K; atributos de solo; solos coesos.

ABSTRACT

In order to determine soil losses caused by water erosion, in different situations, erosion prediction models, such as the Universal Soil Loss Equation (USLE), are used. Their application on agricultural and environmental planning depends on the determination of the USLE factors, including erodibility (K factor). The objective of this study was to determine erodibility for the main soil classes of the Brazilian Coastal Plains region, in Aracruz, Espírito Santo State. The experiment was established in the following soils: medium/clayey texture Yellow Argisol (PA1), Haplic Plinthosol (FX), and moderately rocky Yellow Argisol (PA2). For the calculation of soil erodibility, data of erosivity and soil losses, from November 1997 to May 2004, were used. Soil losses samplings were performed for each rainfall event regarded as erosive. The erodibility values were 0.007 Mg h MJ^-1 mm^-1; 0.017 Mg h MJ^-1 mm^-1; and 0.0004 Mg h MJ^-1 mm^-1, for PA1, FX, and PA2, respectively.

Key-words: K factor; soil attributes; cohesive soils.

INTRODUÇÃO

A Equação Universal de Perdas de Solo (EUPS) é um importante instrumento na predição das perdas de solo e no planejamento do controle da erosão hídrica. A EUPS foi desenvolvida nos Estados Unidos, por Wischmeier & Smith (1965, 1978), e tem sido utilizada em vários países. A EUPS, segundo Wischmeier & Smith (1978), é composta pelos seguintes fatores: perda de solo (fator A - expresso em Mg ha^-1 ano^-1); erosividade da chuva (fator R - expresso em MJ mm ha^-1 h^-1 ano^-1); erodibilidade do solo (fator K - expresso em ha Mg h ha^-1 MJ^-1 mm^-1); fator topográfico (fator LS - adimensional), que considera a declividade (D - expresso em %) e o comprimento de rampa do solo (L - expresso em m); índice de cobertura vegetal (fator C - adimensional); e práticas conservacionistas (fator P - adimensional), sendo que, em muitos casos, o fator C pode ser determinado em associação com o fator P (CP).

Na EUPS, a erodibilidade consiste no fator responsável pela susceptibilidade do solo à erosão hídrica, sendo condicionada, basicamente, por atributos mineralógicos, químicos, morfológicos, físicos e biológicos do solo (Dumas 1965, Wischmeier & Mannering 1969, El-Swaify & Dangler 1977). A erodibilidade representa o efeito dos processos que regulam a infiltração da água no solo, a desagregação pelo impacto da gota de chuva e a resistência ao transporte pelo fluxo superficial, os quais são responsáveis pelo comportamento do solo, em relação aos processos erosivos (Lal 1988). O valor de erodibilidade é muito variável, devido à ampla variedade de solos com atributos diferenciados, tornando arriscado estimar um valor, com base, unicamente, na classificação do solo (El-Swaify & Dangler 1982, Silva et al. 1997).

No Brasil, um número considerável de solos já tem o seu valor de erodibilidade determinado com o uso de simuladores de chuva e, também, sob chuva natural (Marques et al. 1997a). Conforme levantamento realizado por Denardin (1990) e Silva et al. (2000, 2009), a erodibilidade de solos com horizonte B latossólico varia 0,002-0,034 Mg h MJ^-1 mm^-1, enquanto os solos que possuem horizonte B textural (argissolos, luvissolos, B nítico e B plânico) variam 0,004-0,045 Mg h MJ^-1 mm^-1 (Denardin 1990, Marques et al. 1997a e 1997b). Para os cambissolos, os valores encontrados foram 0,011 Mg h MJ^-1 mm^-1 (Bertol et al. 2002) e 0,026 Mg h MJ^-1 mm^-1 (Silva et al. 2009).

A determinação direta do fator K é feita por meio da instalação de parcelas de perdas de solo no campo, seja sob chuva natural ou simulada, as quais envolvem altos custos, além de demandar vários anos de coleta de dados (Silva et al. 1999). Laflen (1982) sugere que o tempo mínimo de condução do experimento a campo seja de cinco anos, evitando-se, assim, a variabilidade da erodibilidade. Por este motivo, vários pesquisadores têm proposto a determinação do fator K de maneira indireta. Silva et al. (2000), entretanto, testaram 23 modelos de estimativa da erodibilidade para latossolos, sendo que todos os modelos testados foram inadequados para tal estimativa. Da mesma forma, a avaliação de treze modelos indiretos de avaliação do fator K, em solos com horizontes B textural, mostrou que nenhum dos métodos foi recomendado para estimar a erodibilidade do solo (Marques et al. 1997b). Pelos trabalhos apresentados, sugere-se que a determinação deste fator, para os solos brasileiros, seja realizada por meio de experimentos de campo, evitando-se possíveis erros causados pelo uso de metodologias desenvolvidas para outras regiões.

Com base no exposto, este estudo teve como objetivo determinar, de maneira direta, a erodibilidade (fator K), para as principais classes de solos representativas da região dos Tabuleiros Costeiros, no município de Aracruz (ES).

MATERIAL E MÉTODOS

O experimento para determinação da erodibilidade foi instalado nas principais classes de solos existentes na região dos Tabuleiros Costeiros do Espírito Santo, originados de sedimentos da Formação Barreiras, a saber: Argissolo Amarelo textura média/argilosa (PA1), Plintossolo Háplico (FX) e Argissolo Amarelo moderadamente rochoso (PA2).

O clima da região é Aw, segundo a classificação de Köppen, com temperatura média de 23°C e precipitação média anual de 1.400 mm (Embrapa 2000). A região onde se insere a unidade de pesquisa está situada entre as coordenadas 19°35' e 20°15' de latitude Sul e 40°00' e 40°20' de longitude Oeste. No período de estudo, a precipitação anual média variou 788-1.342 mm, dados obtidos por meio da estação climatológica automatizada localizada na área de estudo.

Para gerar o fator K, foram utilizados dados de perdas de solo sob chuva natural, de novembro de 1997 a maio de 2004. A avaliação das perdas de solo foi realizada por meio de parcelas em área sem cobertura, segundo preconizado por Wischmeier & Smith (1978). Entretanto, estas apresentaram algumas modificações (4 m x 12 m), em relação ao tamanho recomendado para a parcela padrão. O maior comprimento obedeceu ao sentido do declive. As perdas de solo foram correlacionadas com a erosividade da chuva, determinada para o período de estudo.

Para o cálculo da erosividade, foram utilizados dados pluviométricos de chuva obtidos em estações climatológicas automatizadas, localizadas na área do experimento, que, para este estudo, geraram dados de cinco em cinco minutos. As informações de precipitações foram coletadas de novembro de 1997 a maio de 2004. A partir das precipitações, foram calculadas as energias cinéticas totais das chuvas, para cada evento. A energia cinética foi obtida de acordo com a equação E = 0,119 + 0,0873 LogI, proposta por Wischmeier & Smith (1958), em que E é a energia cinética (em MJ ha^-1 mm^-1) e I a intensidade da chuva (em mm h^-1). O índice EI₃₀ foi obtido a partir da multiplicação da energia cinética total (E) de uma chuva erosiva pela máxima intensidade ocorrida em um período de 30 minutos consecutivos (I₃₀), segundo Wischmeier & Smith (1958). As chuvas erosivas foram aquelas com precipitação pluvial superior a 10 mm, ou com intensidade máxima, em 15 minutos, maior que 24 mm h^-1, ou com energia cinética superior a 3,6 MJ (De Maria 1994). Pelo somatório dos valores do índice EI₃₀, obtido em MJ mm ha^-1 h^-1, em cada mês, obteve-se o índice mensal e, somando-se os valores mensais, obteve-se o índice anual.

Os valores de erodibilidade foram calculados por meio do quociente entre a perda média anual de solo (Mg ha^-1) e a erosividade média anual das chuvas (MJ mm ha^-1 h^-1), seguindo-se o procedimento de Wischmeier & Smith (1978), bem como por análise de regressão linear simples (y = a + bx), utilizando-se as perdas de solo no eixo (y) e a erosividade da chuva no eixo (x), em que o coeficiente b, após correções do declive, representa a erodibilidade do solo, seguindo-se procedimento de Wischmeier & Mannering (1969).

Para caracterização do solo, foram coletadas amostras dos horizontes A e B, das referidas classes de solo. Entretanto, as amostras foram coletadas em condições de mata nativa, garantindo-se as condições de solos não perturbados. Na fração TFSA (inferior a 2 mm), foram feitas análises de carbono orgânico (Embrapa 1997). Foi realizada, também, análise granulométrica, utilizando-se o método da pipeta (Day 1965), com e sem o emprego de dispersante químico (NaOH 1N). A argila dispersa em água (ADA) foi determinada sem o uso de dispersante químico. O índice de floculação (IF) foi calculado de acordo com a Embrapa (1997).

A densidade do solo foi determinada em amostras com estrutura indeformada, coletadas com amostrador de Uhland (Grossman & Reinsch 2002), e a densidade de partículas pelo método do balão volumétrico (Flint & Flint 2002a). O volume total de poros foi determinado conforme Flint & Flint (2002b). Agregados de diâmetro entre 7,93 mm e 4,76 mm foram submetidos, após pré-tratamento de umedecimento lento, ao tamisamento, por meio de um jogo de peneiras de 2 mm; 1 mm; 0,5 mm; 0,25 mm; e 0,105 mm (Nimmo & Perkins 2002). Após determinação das proporções de agregados, em cada peneira, calculou-se o diâmetro médio geométrico (DMG). A permeabilidade do solo foi avaliada no campo, por meio da taxa constante de infiltração de água, a 15 cm de profundidade, com duas cargas constantes de 3 cm e 6 cm de coluna d'água, utilizando-se o permeâmetro de Guelph (Reynolds & Elrick 1992). Na Tabela 1, são apresentados os resultados dos atributos mineralógicos, químicos, físicos e morfológicos dos solos estudados.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na determinação da erodibilidade, o coeficiente angular (b) das equações de regressão, obtidas por meio das variáveis erosividade, expressa pelo índice EI₃₀, e perdas de solo (A), apresenta, segundo Wischmeier (1972), uma boa estimativa do fator erodibilidade. Neste estudo, foram avaliadas 1.024 ocorrências de chuvas, das quais 390 foram erosivas e 634 não erosivas. Partindo-se dos eventos de chuvas erosivas, determinou-se a equação linear para os solos em estudo. Assim, os coeficientes dos modelos lineares podem ser observados na Tabela 2.

Os modelos A = 0,0015 EI₃₀ + 0,0215 (R² = 0,96), para o PA1; A = 0,0029 EI₃₀ - 0,0518 (R² = 0,90), para o FX; e A = 0,0027 EI₃₀ + 0,6477 (R² = 0,98), para o PA2, consideraram valores anuais e foram os modelos que apresentaram os maiores coeficientes de determinação (Figura 1). Para condições climáticas de região temperada, Wischmeier (1959) encontrou coeficiente de determinação de 0,96, entre perdas de solo e o EI₃₀.

Os modelos lineares foram corrigidos para que as coordenadas iniciais partissem da origem, apresentando-se da seguinte forma: P = 0,0015 EI₃₀ (R² = 0,93), P = 0,0026 EI₃₀ (R² = 0,89) e P = 0,0027 EI₃₀ (R² = 0,951), para o PA1, FX e PA2, respectivamente. Para a determinação da erodibilidade, o coeficiente angular de cada equação foi corrigido pelo fator topográfico. O fator topográfico (LS) foi de 0,23; 0,17; e 6,45, para o PA1, FX e PA2, respectivamente. O coeficiente linear b, depois de corrigido pelo fator topográfico dos respectivos solos, permitiu obter os valores de erodibilidade dos solos, que foram estimados em 0,007 Mg h MJ^-1 mm^-1; 0,017 Mg h MJ^-1 mm^-1; e 0,0004 Mg h MJ^-1 mm^-1, para o PA1, FX e PA2, respectivamente. Estes valores foram classificados como baixos, para o PA1 e PA2, e moderados, para o FX, segundo Foster et al. (1981). Os valores de erodibilidade encontrados neste estudo, com exceção do PA2, estão dentro da faixa de erodibilidade para os solos brasileiros com B textural, determinada por Denardin (1990) e Marques et al. (1997a).

Os valores de erodibilidade, classificados como baixo e moderado, obtidos para os solos estudados, estão relacionados à sua constituição mineralógica e química. Estes solos apresentam mineralogia essencialmente caulinítica e baixos teores de óxidos de ferro (Tabela 1), contribuindo para uma alta coesão. Apesar da baixa permeabilidade do solo à água, estas forças de atração determinadas pela coesão dificultam a quebra de agregados provocada pelo impacto das gotas de chuva, o que aumenta a resistência destes solos à erosão hídrica.

Outros aspectos observados neste estudo foram os altos valores do diâmetro médio geométrico (DMG) e índice de floculação (Tabela 1), que, certamente, contribuíram para os valores baixos e moderados de erodibilidade dos solos estudados. De acordo com Ângulo et al. (1984), um dos parâmetros que melhor se correlacionam com a erodibilidade é a agregação do solo, determinada por meio da estabilidade de agregados em água, expressa pelo diâmetro médio geométrico (DMG). De acordo com estes autores, quanto menor o DMG, maior é a erodibilidade do solo. Embora os solos tenham apresentado valores baixos de permeabilidade (Tabela 1), o que poderia conferir a estes solos uma alta erodibilidade, o balanço dos outros atributos avaliados parece superar este aspecto, conferindo a estes solos baixos valores de erodibilidade.

CONCLUSÃO

Após sete anos de condução do experimento, determinaram-se os seguintes valores de erodibilidade para os solos da região dos Tabuleiros Costeiros: 0,007 Mg h MJ^-1 mm^-1, para Argissolo Amarelo textura média/argilosa; 0,017 Mg h MJ^-1 mm^-1, para Plintossolo Háplico; e 0,0004 Mg h MJ^-1 mm^-1, para Argissolo Amarelo moderadamente rochoso.

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Trabalho recebido em abr./2010 e aceito para publicação em ago./2011 (n° registro: PAT 9604/ DOI: 10.5216/pat.v41i3.9604).

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  08 Fev 2012
• Data do Fascículo
  Set 2011

Histórico

• Recebido
  Abr 2010
• Aceito
  Ago 2011