Anais: Interações pedo-geomorfológicas
Monitoramento contínuo do potencial matricial como base para o estudo de infiltração e armazenamento da água no solo
AUTORES
Lawall, S. (UFRJ) ; Mota, P.O. (UFRJ) ; Cazé, R.P.H. (UFRJ) ; Fernandes, N.F. (UFRJ)
RESUMO
O monitoramento contínuo da água no solo (potencial matricial) é uma importante
ferramenta à gestão de bacias hidrográficas, mas pouco explorado. Assim, objetiva-
se interpretar a hidrologia dos solos em perfis com diferentes coberturas, na
região serrana do Rio de Janeiro. Para tal, foram instaladas cinco estações
watermark em áreas de floresta, agricultura e pastagem, juntamente com análise das
propriedades físicas. Observa-se alta infiltração e baixa retenção nos perfis
florestados, o contrário em pastagem.
PALAVRAS CHAVES
MONITORAMENTO; HIDROLOGIA DOS SOLOS; USO DO SOLO
ABSTRACT
The continuum monitoring of the water in soil is a very important tool for
catchment management but it is a little explored. Therefore, the goal of this
research was to interpret soil hydrology on different profiles and land uses. For
this, five watermark stations were installed in rainforest, farming and pasture.
Together, soil physics proprieties were analysis. We observed that the highest
infiltration and the lowest retention of water in rainforest. The opposite was
observed in the pasture and in the farming
KEYWORDS
MONITORING; SOIL HYDROLOGY; LAND USE
INTRODUÇÃO
Nos estudos sobre a hidrologia dos solos não há consenso sobre quais fatores
condicionam a distribuição espacial da umidade. Os trabalhos encontrados na
literatura se dividem entre aqueles que apontam os parâmetros topográficos como
os mais importantes (GRAYSON, 1997), os que dizem que é a cobertura vegetal
(QIU, 2001) e ainda os trabalhos que dão relevância ao papel das propriedades
físicas, da radiação solar e da precipitação (FAMIGLIETTI 1998; WESTERN, 2004).
Essa dificuldade em identificar a importância relativa dos fatores que controlam
a dinâmica hidrológica se deve pela mútua e múltipla influência dos diversos
fatores (FAMIGLIETTI, 1998), por isso, a relação da umidade do solo com os seus
fatores condicionantes está longe de ser esgotada.
Dentre as formas de se estudar a umidade uma é através do monitoramento do
potencial matricial (Ψm ) pois, a água é retida no solo por forças de atração
estabelecidas entre as moléculas de água e as partículas do solo. Assim, em solo
seco, quando há entrada de água, inicialmente as forças capilares atraem e
aprisionam a água nos poros do solo. À medida que o solo torna-se saturado, as
forças capilares deixam de atuar sendo substituídas pela gravitacional. Em solos
saturados, a energia é nula, logo, o potencial matricial é também nulo (Ψm = 0),
pois os poros estarão todos preenchidos com água. Quanto mais seco o solo, mais
negativa é a energia; mais negativo o potencial matricial (Ψm ≠ 0) (HILLEL,
1980).
Partindo desse princípio, o controle do potencial matricial no solo, in situ, é
uma boa ferramenta para análise dos processos de retenção e drenagem da água no
perfil sendo útil aos estudos de produção de água na bacia hidrográfica e
evolução da paisagem geomorfológica. Neste sentido, o objetivou-se avaliar os
processos de infiltração e retenção da água no perfil do solo, através do
monitoramento em campo, em diferentes tipos de cobertura na bacia hidrográfica
experimental do Bonfim na Região Serrana do Rio de Janeiro.
MATERIAL E MÉTODOS
A Bacia Hidrográfica do rio Bonfim, afluente do Paraiba do Sul, está localizada
na Região Serrana do Rio de Janeiro, no municipio de Petrópolis, com área total
de 27 km2. A bacia apresenta zonas montanhosas escarpadas, de declividade
acentuada e topografia bastante acidentada, com presença de depósitos de tálus.
Os solos são predominantemente rasos, da classe dos Neossolos Litólicos próximo
aos afloramentos e Cambissolos e Latossolos (GOULART, 1999) no médio curso do
rio Bonfim.
Quanto ao clima, apresenta temperaturas amenas e precipitação anual média de
2000 mm, típico de clima tropical de altitude. O vale do Bonfim possui uso
predominante agrícola, área urbana, floresta de Mata Atlântica em recuperação e
pastagem.
Neste ambiente, cinco estações Watermark (modelo 900, Irrometer), as
quais medem diretamente o potencial matricial do solo em kPa e indiretamente a
umidade, foram instaladas nas Unidades de Resposta Hidrológica (URH)
selecionadas seguindo a proposta de PARK VAN DE GIESEN (2004) mantendo como
critério principal a diferença de cobertura do solo formando, portanto, URHF1 e
URHF2 representantes de cobertura florestada, URHA1 e URHA2 para agricultura e
URHP1, pastagem.
A estação watermark é composta por um datalogger, sete sensores de potencial
matricial e um de temperatura, os quais foram cravados no perfil do solo nas
profundidades de 10, 20,50 e 80 centímetros da superfície, com repetição para as
três primeiras profundidades como fator de segurança à obtenção do dado. Os
intervalos de leitura foram de 30 minutos os quais, em conjunto com os dados de
precipitação total diária, obtidos através da CPRM-SERVIÇO GEOLÓGICO DO BRASIL,
auxiliaram na análise do processo de infiltração e retenção da água no solo.
Paralelamente, amostras de solo foram coletadas, em pontos próximos às estações
watermark, para obtenção das propriedades físicas tais como, granulometria,
porosidade total, densidade do solo e de partículas, seguindo a metodologia da
EMBRAPA (1997).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os dados de potencial matricial das cinco estações foram organizados em gráficos
juntamente com a precipitação total diária (figura 01). De modo geral, pode-se
observar que as maiores oscilações nos valores de kPa encontram-se em URHF2,
URHF1, e as menores em URHP1.
Observando as respostas dos sensores diante da precipitação total do dia 09, com
45 mm, e do dia 12 com 10 mm, verifica-se que a do dia 09 foi suficiente para
saturar os perfis de todas as unidades com exceção da URHF2. Neste perfil ocorre
alta infiltração e a precipitação não foi suficiente para satura-lo, na forma do
gráfico, pode-se ainda observa-se a passagem da água no perfil como “efeito
cascata” (LAWALL, 2010) crescente de 10 para 80 cm.
No dia 12 as florestas, que estavam em drenagem vertical, foram sensíveis a
chuva apenas no topo do solo diferente da agricultura e pastagem que estavam em
drenagem e voltaram a saturação. Em URHA1 há maior drenagem em 20 cm, ao passo
que em 10 cm ocorre maior saturação, podendo ser justificada pela constante
irrigação. As precipitações do dia 11 e 16 com total inferior a 25 mm foram
suficientes para saturar os perfis sob agricultura. Em URHP1 a precipitação do
dia 9 gera saturação em URHP1 permanecendo este saturado por todo período,
indicando, portanto, baixa infiltração e alta retenção.
Analisando a figura 02, constata-se alto percentual de areia nos perfis e maior
percentual de argila na pastagem. Na porosidade total, a pastagem tem os menores
valores, condizente aos estudos em pastagem no vale do Paraíba CAMBRA (1998)
apontando redução dos poros pelo pisoteio e exposição à erosão. Por outro lado,
a floresta apresentou os maiores valores, em função da atividade biogênica que
favorece a formação dos macroporos e caminhos preferenciais, CASTRO JR (1991) e
BUTLE E HOUSE (1997). E na agricultura, observou-se comportamento contrário ao
da floresta, com aumento da porosidade total do topo para maiores profundidades
indicando possível reflexo das práticas de manejo que, em longo prazo,
comprometem a qualidade física dos solos, como visto em BERTOLINO (2004).
A densidade aparente foi maior na URHP1, concordando com valores em CAMBRA
(1998) de 1,40 a 1,48 g/cm3. Na floresta, ela foi menor, seguindo o mesmo
raciocínio para porosidade. A agricultura foi o tipo de uso com comportamento
intermediário.
A maior movimentação de água no perfil foi áreas florestadas pode estar
associada com a menor densidade do solo, maior porosidade total e ainda, a
presença de maior percentual de areia. Nas URHF, precipitações inferiores a 45
mm não saturam o solo, ou seja, todo volume que atinge a superfície é
infiltrado, assim como afirma HARDEN E SCRUGGS (2003), que avaliaram infiltração
em ambientes tropicais serranos na América do Sul e obtiveram comportamento
similar ao observado na bacia do Bonfim.
Em URHP1 onde a saturação foi atingida com a primeira precipitação total de 40
mm, as demais precipitações podem ter gerado escoamento superficial por
excedente a infiltração, como em FERNANDES E COELHO-NETTO (1994) pesquisando
ambiente de pastagem no Vale do Paraíba. Além da saturação, o retardo na
movimentação da água que atinge 80 cm pode ser explicado pela redução da
porosidade, aumento da densidade e da argila no perfil que propiciam as
características de retenção, contrário aos ambientes florestados.
Em solos agrícolas, a saturação é atingida em precipitações inferiores a 20 mm,
com infiltração superior a pastagem, mas, diante de totais superiores a 40 mm de
precipitação, pode desencadear escoamento superficial. Características de
redução da porosidade e aumento da densidade na superfície reduzem a
infiltração, mesmo com solos francos, como descrevem BERTOLINO (2004) e SILVA
(2005) acerca do efeito do manejo inadequado do solo para agricultura.
Figura 01
a) Precipitação total diária no período de 08 a
17/11/ 2009. b) Gráficos de Potencial Matricial das
URH Florestadas, URH Agricola e URH Pastagem
Figura 02
Propriedades físicas do solo – Textura (Areia, Silte
e Argila), Densidade de Partículas (Dp), Densidade
Global (Dg) e Porosidade Total (Pt) das URHs
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A ordem de movimentação de fluxos mais rápidos e gravitacionais foi floresta-
agricultura-pastagem, assim tem-se o contrário para retenção da água no solo. As
características do topo do solo influenciaram na dinâmica hidrológica dos solos,
no entanto, em ambiente serrano, as características pedo-geomorfológicas tiveram
destaque, principalmente na granulometria dos solos e na presença de tálus os
quais potencializam a formação de caminhos preferenciais aumentando a infiltração
na floresta.
Com o monitoramento automático é possível relacionar os resultados obtidos com a
possível produção de água na bacia, estudos de erosão, recarga de aquíferos,
dentre outras possibilidades. Além disso, estes dados podem alimentar modelos
hidrológicos para simulação de fluxos de água nos solos, especial em de ambientes
serranos, onde os dados de campo são escassos pela dificuldade de acesso pelas
altas declividades e heterogeneidade da paisagem
AGRADECIMENTOS
À Capes pela bolsa de fomento à pesquisa
Programa de Pós-Graduação em Geografia pelo curso de Doutorado
CPRM-Serviço Geológico do Brasil pelo fornecimento de dados e manutenção das
estações pluvio-fluviométrica
Comunidade Rural do Bonfim pela presteza e participação
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