Autores
Nowatzki, A. (UFPR) ; Oliveira, J.G. (UFPR) ; Santos, L.J.C. (UFPR)
Resumo
Os solos da região noroeste do estado do Paraná, apresentam grande intensidade de processos erosivos, sobretudo nas transições entre os Latossolos e Argissolos. O Mapeamento Digital de Solos pode auxiliar no detalhamento dos mapas pedológicos existentes, pois a partir de atributos topográficos extraídos do Modelo Digital do Terreno, pode-se predizer a ocorrência de classes de solos. O atributo Índice de Posição Topográfica (IPT) compartimenta a vertente em porções mais próximas dos fundos de vales e dos terços superiores próximos dos divisores de águas. Aplicado na sub-bacia do ribeirão Capricórnio, este índice mostrou grande representatividade na distribuição dos Latossolos e Argissolos. Por tabulação cruzada, o IPT foi combinado com a Clinografia gerando três grupos: Latossolos nos terços superiores e médios das vertentes e com baixos declives; Argissolos, nos terços inferiores e de declives mais acentuados; o terceiro grupo foi considerado uma transição entre os dois primeiros.
Palavras chaves
Mapeamento Digital de Solos; Modelo Digital do Terreno; Índice de Posição Topográfica
Introdução
A região noroeste do Estado do Paraná, distingue-se por apresentar processos acelerados de erosão hídrica a partir da década de 1950, sobretudo com a presença significativa de voçorocas (MANGUEIRA et al., 2013). Estes processos acelerados ocorrem em função das características físico-naturais da região. Inserido no Terceiro Planalto Paranaense (MAACK, 1981), o Grupo Caiuá é um conjunto rochas sedimentares do Cretáceo que se estendem ao longo do noroeste paranaense (FERNANDES et at., 2013; COUTO, 2015). Nakashima (1999) destaca que o relevo desta região é uniforme e suave, com planaltos escalonados, inclinados levemente em direção ao vale do rio Paraná. Na região existem solos de diversas espessuras, em geral com textura variando de muito arenosa a média-argisola, o que faz com que a suscetibilidade a processos erosivos seja alta. Conforme o mapeamento realizado pela EMBRAPA e IAPAR (2008) (1:250.000), no noroeste do Estado, ocorrem dois tipos de solos: Latossolos (L) e Argissolos (P). Nakashima (1999) mapeou os principais sistemas pedológicos dessa região, permitindo uma visão da distribuição desses sistemas e suas correlações com o relevo e as feições erosivas. Este autor destaca que os processos erosivos são agressivos nos terços inferiores das vertentes, onde os Argissolos se localizam, e evoluem em direção à montante (predominância dos Latossolos). Deste modo, saber com maior precisão aonde são os limites destes dois solos na vertente é de suma importância para evitar que mais processos erosivos possam se intensificar na região. Para uma melhor representação cartográfica da distribuição dos solos, pode ser utilizado o Mapeamento Digital de Solos (MDS). Este método baseia-se em integrar parâmetros geomorfométricos denominados atributos topográficos. Esses atributos são calculados diretamente do Modelo Digital do Terreno (MDT) e que quando combinados, geram compartimentos que podem predizer a ocorrência de um determinado tipo de solo na paisagem (NOWATZKI et al. 2014; SILVEIRA et al., 2012; McBRATNEY et al., 2003; McBRATNEY et al., 2000; MOORE et al., 1993). O MDS auxilia na definição de unidades pedológicas homogêneas, de acordo com um modelo geomorfológico e têm mostrado um potencial para a predição de ocorrência dos tipos de solos. Esta técnica auxiliar em levantamentos de solos, constitui uma evolução no entendimento das relações pedologia-geomorfologia e consequentemente, uma ferramenta importante para identificar e mapear áreas de solos homogêneos (SIRTOLI et al., 2008). Para Lagacherie e Voltz (2000), uma das possibilidades do MDS é utilizar a modelagem para extrapolar os limites das classes de solos mapeadas digitalmente para áreas adjacentes e não mapeadas, no caso daquelas com o mesmo padrão geomorfológico e geológico, resultando em ganho de informações geradas previamente em áreas de referência. O MDS, assim como o levantamento tradicional, faz uso de informações coletadas ou disponíveis em pontos de observação de solos. Essas informações são utilizadas para ajustar um modelo quantitativo com variáveis relativas às condições do ambiente nos mesmos locais e o modelo ajustado é depois empregado para predizer propriedades do solo ou classes de solos para o restante da área (LAGACHERIE, 2008). A área de estudo (figura 01) é uma sub- bacia hidrográfica do rio Capricórnio (69,5km²), localizada entre os municípios de Cruzeiro do Oeste e Tapejara. Esta área foi escolhida por existir um mapeamento preexistente, bem como ser de fácil acesso para os trabalhos de campo. Segundo o mapeamento de EMBRAPA e IAPAR (2008), são encontrados no segundo nível categórico Latossolos Vermelhos (LV) com 27,8% da área e Argissolos Vermelhos (PV) com 72,2%. Os objetivos do trabalho são: organização da base cartográfica; criação do MDT; geração do Índice de Posição Topográfica (IPT) e Clinografia; integração dos atributos por meio da tabulação cruzada; confecção do Mapa Digital de Solos da área de estudo.
Material e métodos
Com base nos dados planialtimétricos (1:50.000), disponibilizados pelo Instituto de Terras Cartografia e Geociências (ITCG) e de hidrografia (Instituto das Águas do Paraná), foi gerado o MDT para a área de estudo a partir do software ArcGIS 9.3 (ESRI, 2009), através da ferramenta Topo to Raster disponível no módulo Spacial Analyst tools, que se baseia no método de interpolação denominado Topogrid proposto por Hutchinson (1988). A resolução horizontal (tamanho de pixel) do MDT foi de uma célula de 20 metros, pois é o valor da equidistância das curvas de nível utilizada. O Índice de Posição Topográfica (IPT), proposto por Weiss (2001), é um atributo topográfico derivado de um algoritmo que mensura a diferença entre a elevação de um ponto central e a média da elevação ao seu redor (vizinhança) com um raio predeterminado. Para Silveira e Silveira (2014) a análise de vizinhança pode ser feita por uma janela circular (empregada no presente trabalho com o valor de 30 pixels), anular (proposta original), retangular ou irregular. Neste trabalho, o procedimento foi realizado a partir da ferramenta Focal Statistics, presente também no modulo Spacial Analyst tools do software ArcGIS 9.3 (ESRI, 2009). Silveira (2015) destaca que os valores positivos obtidos pelo IPT representam locais que são mais elevados que a média do seu entorno, caracterizando, os divisores topográficos em geral. Já os valores negativos representam os locais mais rebaixados em relação à sua vizinhança, caracterizando vales ou depressões. Os valores próximos a zero obtidos pelo IPT representam as superfícies de declive constante. Como o IPT é diretamente afetado pelo fator de escala, os valores resultantes do índice (e, consequentemente, as classificações derivadas), variam de acordo com os valores de raio adotados. A etapa de definição do raio de análise da vizinhança, portanto, deve estar associada as características físicas da área de estudo e ao nível de detalhe pretendido pelo pesquisador (SILVEIRA, 2015; SILVEIRA e SILVEIRA, 2014, WEISS, 2001). De acordo com Weiss (2001) e Silveira e Silveira (2014) a discretização dos valores contínuos do IPT para a determinação de classes morfológicas, pode ser feita considerando os valores de desvio padrão (DP). É considerado portanto o particionamento de uma única matriz resultante com valores de IPT e resulta em 6 classes possíveis: Cristas (>1DP), Vertentes superiores (>0,5 e ≤1DP), Vertentes intermediárias (> -0,5 e < -0,5DP; Declividade < 5 graus), Áreas planas (≥ -0,5 e ≤ - 0,5DP; Declividade ≥ 5 graus), Vertentes inferiores (≥ -1 e < 0,5DP) e Vales (< -1DP). Deste modo, a discretização foi realizada para a bacia do rio Capricórnio com a divisão em duas classes com valores de até -8 para a classe de IPT 1, e valores acima de +8 para a classe IPT 2. Com o intuito de melhorar ainda mais a predição da distribuição dos solos na bacia em questão, foi utilizado também o atributo topográfico primário Clinografia (MOORE, 1993). Construído a partir da análise das distâncias entre curvas de nível, este atributo representa, de forma contínua, a inclinação e as formas do relevo (SANTOS, 2004). Para o presente trabalho foi adotada a discretização de classes com valores até 12% e acima de 12%. Para a integração de duas ou mais variáveis por superposição de mapas ou álgebra de mapas, foi empregada a técnica da tabulação cruzada (TOMLIN, 1983). Esta técnica indica o conjunto de procedimentos de análise espacial em geoprocessamento que produz novos dados a partir de funções de manipulação aplicadas a um ou mais mapas (SILVEIRA et al., 2012). Neste trabalho foi feita a tabulação entre as duas classes de IPT com as duas de Clinografia, gerando quatro grupos (11, 21, 12 e 22). Para validação do mapeamento digital em campo, foi realizada no dia 7 de Julho de 2015 uma investigação em topossequências, ou seja, uma transeção do topo até a base da vertente, por meio de sondagens com trado holandês.
Resultado e discussão
A partir da discretização dos atributos IPT e Clinografia, foram mapeadas
duas classes para ambos os atributos (Figura 2). Os valores do IPT
encontram-se entre -32 e 21, sendo que a média ficou em 0,2 o que comprova a
homogeneidade do relevo, pois de acordo com a metodologia deste índice, os
valores próximos de zero significam áreas com declives constantes e neste
caso, mais suavizadas. Os valores de IPT entre -8 e -32 (classe 1)
representam as porções de terço inferior das vertentes, aonde localizam-se
grande parte dos Argissolos da região, conforme foi destacado por Nakashima
(1999). Essas porções se situam nos fundos de vales, e tiveram uma
distribuição maior ou menor, de acordo com a topografia da vertente. Os
demais valores (classe 2), entre -8 e 21 representam as áreas com a provável
ocorrência dos Latossolos. A discretização da Clinografia foi marcada por
valores de 0% a 12% (classe 1), locais de provável ocorrência de Latossolos.
A espacialização da classe 2 ocorre nas áreas mais declivosas da sub-bacia
(12% e 36%), que se distribuem nas proximidades dos terços inferiores das
vertentes, locais aonde há uma pequena quebra de declive e podem indiciar a
ocorrência de Argissolos. Ao longo da sub-bacia, a média geral da
Clinografia é de 8%, característica de relevos aplainados. Este resultado
expõe a ideia de que possa haver uma superestimação da classe de Argissolos
no mapeamento de solos da EMBRAPA e IAPAR (2008), pois tanto o IPT, quanto a
Clinografia destacam o quanto as características do relevo aplainado do
Noroeste influencia na distribuição dos Argissolos apenas nos terços
inferiores. Tendo como base os dois atributos supramencionados, foi feita a
matriz de tabulação cruzada, que resultou em quatro classes e em seguida
agrupada em três grupos de predição de ocorrência de classes de solos,
conforme a figura 3. Conforme a matriz de tabulação, as combinações 11 e 21
resultaram no Grupo 1, que se referem a distribuição dos Argissolos da bacia
e ocuparam 13,8% do total da área. A combinação 12 representou os
Latossolos, ocupando a maior parte da bacia com 73,4%. Por fim, a combinação
22 foi enquadrada no Grupo 3 que se refere a porções com solos de transição
de Latossolos para Argissolos, ocupando 12,8%. Na verificação de campo,
foram percorridos aproximados 800 metros e feitas oito tradagens. Partindo
do terço superior da vertente verificada, as quatro primeiras tiveram uma
grande homogeneidade em relação a uma coloração avermelhada e textura
arenosa. Essas informações se mostraram coerentes com o mapeamento digital
realizado, pois elas se enquadram no grupo 2, referentes aos Latossolos
mapeados. A partir da quarta tradagem, observou-se uma maior presença de
argila no horizonte B mas não o suficiente para diagnosticar um horizonte B
textural, característico de um Argissolo. Esses aspectos são característicos
de solos em transição, que aparecem no quarto nível categórico da EMBRAPA
(2006), como por exemplo, um possível Latossolo Vermelho distrófico
argissólico, ou um Argissolo Vermelho distrófico latossólico. No mapa
digital de solos, essas classes se espacializam no grupo 3. Nos três últimos
pontos (terço inferior da vertente), acredita-se que seja um Argissolo pois
foi encontrado uma maior presença de argila no horizonte B logo abaixo de um
horizonte superficial bastante arenoso. Para uma caracterização mais
minuciosa necessitam ser feitas análises granulométricas para comprovar o
gradiente textural entre os dois horizontes verificados. A figura 4 ilustra
a disposição das tradagens ao longo da vertente, bem como a distribuição dos
grupos gerados pelo mapeamento digital de solos nesta porção da bacia.
Localização da sub-bacia hidrográfica do rio Capricórnio
Atributos topográficos da sub-bacia do rio Capricórnio
Grupos de solos preditos pelo MDS
Tradagens realizadas na área de estudo e os grupos gerados pelo MDS. Legenda: Latossolos = L e Argissolos = P
Considerações Finais
A partir dos resultados apresentados pelo MDS, juntamente com a verificação de campo, pode-se concluir que o Índice Topográfico de Posição se apresentou satisfatório para representar a distribuição dos Latossolos e dos Argissolos na região noroeste do estado do Paraná. Combinado com a clinografia, este índice pode ser usado em outras áreas a fim de melhor predizer a ocorrência dos solos. Entretanto, os valores utilizados na discretização não podem ser generalizados para toda a extensão dos solos provindos dos arenitos do noroeste paranaense, pois mesmo com a homogeneidade do relevo e das classes de solos encontradas, Nakashima (1999) aponta que existem diversos sistemas pedológicos na região, com vertentes de diferentes características, o que faz com que o mapeamento digital de solos venha ser repensado para cada um desses sistemas. A partir da análise dos mapeamentos pedológicos preexistentes, pode- se afirmar que existe uma superestimação na ocorrência dos Argissolos ao longo da área de estudo. Tanto a partir dos resultados do mapeamento digital, quanto na verificação de campo, foi notado que o relevo se mostra bastante plano, o que permite afirmar que haja na realidade uma maior ocorrência de Latossolos na região.
Agradecimentos
Referências
COUTO, E. V. Evolução denudacional de longo prazo e a relação solo - relevo no noroeste do Paraná. Curitiba, 2015, 112 f. Tese (Doutorado em Geografia). Departamento de Geografia, Setor de Ciências da Terra, Universidade Federal do Paraná.
EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária). Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. 2. Ed. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2006.
EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) e IAPAR (Instituto Agronômico do Paraná). Carta de Solos do Estado do Paraná: EMBRAPA e IAPAR. 2008. Escala 1:250.000
ESRI. ArcGis, Spatial Analyst, 3D Analyst. versão 9.3. Environmental Systems Research Institute, 2009.
FERNANDES, L.A.; COUTO, E.V.; SANTOS, L.J.C. Três Morrinhos, Terra Rica, PR Arenitos silicificados de dunas do Deserto Caiuá testemunham nível de superfície de aplainamento K-T. In: WINGE, M. et al (edit./org.). Sítios geológicos e paleontológicos do Brasil, vol. III. Brasília. Serviço Geológico do Brasil – CPRM, 2013, v. III, p. 69-87.
HUTCHINSON, M. F. Calculation of hydrologically sound digital elevation models. Paper presented at Third International Symposium on Spatial Data Handling at Sydney, Australia, 1988.
LAGACHERIE, P.; VOLTZ, M. Predicting soil properties over a region using sample information from a mapped reference area and digital elevation data: a conditional probability approach. Geoderma. v.97, p. 187–208, 2000.
LAGACHERIE, P. Digital Soil Mapping: A State of art. In.: HARTEMINK, A.E.; McBATNEY, A.; MENDONÇA-SANTOS, M. DE L. (Ed.), Digital Soil Mapping with Limited Data. New York: Springer, 2008, p.3-14
MAACK, R. R. Geografia Física do Estado do Paraná. 2. ed. Curitiba: Ed. Olympio, 1981.
MANGUEIRA, C. G.; COUTO, E. V.; SANTOS, L. J. C. Relação solo e relevo na distribuição de formas erosivas no noroeste do Paraná – Brasil. In: VI Congresso Nacional de Geomorfologia, 2013, Coimbra - PT. VI Congresso Nacional de Geomorfologia: Atas- Proceedings, 2013. v. 1. p. 41-44
McBRATNEY, A.B.; ODEH, I.O.A.; BISHOP, T.F.A.; DUNBAR, M.S.; SHATAR, T.M. An overview of pedometric techniques for use in soil survey. Geoderma, v. 97, n. 3-4, p.293-327, 2000.
McBRATNEY, A.B.; MENDONÇA-SANTOS, M.L.; MINASNY, B. On digital soil mapping. Geoderma, v. 117, p. 3-52, 2003.
MOORE, I.D.; GESSLER, P.E.; NIELSEN, G.A.; PETERSON, G.A. Soil attribute prediction using terrain analysis. Soil Science Society American Journal. v. 57, p. 443-452, 1993
NAKASHIMA, P. Sistemas pedológicos da região noroeste do Estado do Paraná: distribuição e subsídios para o controle da erosão. São Paulo, Tese (Doutorado em Geografia Física) Faculdade de Filosofia, Letras e Ciências Humanas, Universidade de São Paulo, 1999.
NOWATZKI, A.; SANTOS, L. J. C. Mapeamento preliminar de solos por pedometria com base em atributos topográficos da bacia hidrográfica do rio Pequeno-PR. RA'E GA: o Espaço Geográfico em Análise, v. 32, p. 185-211, 2014.
SANTOS, R. F. Planejamento ambiental: teoria e prática. São Paulo: Oficina de Textos, 2004.
SILVEIRA, R. M P. Análise digital do relevo como apoio para a cartografia geomorfológica da porção central da Serra do Mar Paranaense. Dissertação (Mestrado em Paisagem e Análise Ambiental, Geografia). Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2015.
SILVEIRA, C. T. Análise digital do relevo na predição de unidades preliminares de mapeamento de solos: Integração de atributos topográficos em Sistemas de Informações Geográficas e redes neurais artificiais. Curitiba, 2010, 153 f. Tese (Doutorado em Geografia). Departamento de Geografia, Setor de Ciências da Terra, Universidade Federal do Paraná.
SILVEIRA, C.T.; OKA-FIORI, C.; SANTOS, L.J.C.; SIRTOLI, A.V.; SILVA, C.R. Pedometria apoiada em atributos topográficos com operações de tabulação cruzada por álgebra de mapas. Revista Brasileira de Geomorfologia. Vol. 13, nº 2. 2012.
SILVEIRA, R. M. P.; SILVEIRA, C. T. Classificação morfológica obtida pelo Índice de Posição Topográfica na região central da Serra do Mar paranaense. In: X Simpósio Nacional de Geomorfologia (10º SINAGEO), 2014, Manaus. Anais do X Simpósio Nacional de Geomorfologia (10º SINAGEO), 2014.
SIRTOLI, A. E.; SILVEIRA, C. T.; MONTOVANI, L. E.; SIRTOLI, A. R. A.; OKA-FIORI, C. Atributos do relevo derivados de modelo digital de elevação e suas relações com solos. Scientia agraria, v.9, n.3, p.317-329, 2008.
TOMLIN, C. D. A Map Algebra. In Proceedings of Harvard Computer Graphics Conference, at Cambridge, Mass, 1983.
WEISS, A. Topographic Position and Landforms Analysis. Poster presentation, ESRI User Conference, San Diego, CA, 2001.