Autores

Couto Júnior, A.A. (IGCE - UNESP) ; Conceição, F.T. (IGCE - UNESP) ; Fernandes, A.M. (FEB - UNESP)

Resumo

O uso de biocombustíveis como medida mitigadora às emissões de carbono tem levado a mudanças no uso da terra na região sudeste do Brasil, especificamente na Depressão Periférica Paulista. Considerando o sistema humano-paisagem, essas mudanças podem afetar a paisagem em escala espacial e temporal. Assim, o objetivo foi demonstrar como as interações homem-paisagem têm alterado a dinâmica geomorfológica em áreas de cana-de-açúcar associadas a solos arenosos e argilosos. O uso da Equação Universal de Perda de Solo (EUPS) em três cenários distintos de uso da terra permitiu avaliar os efeitos de tais mudanças: condições naturais (Cerrado), uso da terra atual e expansão da cana- de-açúcar. Esses cenários mostraram que as mudanças de uso da terra estão diretamente relacionadas ao crescimento das taxas de perda de solo, i.e. 0.03, 3.0 e 11.0 t ha-1 a−1, sendo estas superiores aos limites toleráveis de perda em até 57% da área de estudo, alterando a evolução da paisagem.

Palavras chaves

Sistema humano-paisagem; Políticas energéticas; Evolução da paisagem

Introdução

O desenvolvimento da humanidade tem impulsionado a exploração dos recursos naturais do planeta, gerando mudanças no uso da terra e, consequentemente,impactos ambientais em níveis locais, regionais e globais (Van Rompaey et al., 2002; Lóczy and Gyenizse, 2010; Mugagga et al., 2012; Bruschi et al., 2013; Sanyal et al., 2014; Karamesouti et al., 2015; Oliveira et al., 2015; Hernández et al., 2016; Kosmas et al., 2016; Latocha et al., 2016; Zhang et al., 2016; Zope et al., 2016).O impacto ambiental mais significativo está relacionado a erosão hídrica, um processo natural influenciado pelo clima, solo, vegetação e relevo (Zisheng and Luohui, 2004; Kim et al., 2014). Nesse contexto é necessário considerar a aplicação de modelos matemáticos para estimar as taxas de perda de solo, assim como visualizar a distribuição espacial das áreas mais suscetíveis a ocorrência de processos erosivos, além de providenciar informações que podem contribuir para o aprimoramento da produtividade agrícola e a prevenção de impactos ambientais. Dentre os modelos preditivos existentes, está a Equação Universal de Perda de Solo (EUPS). O modelo EUPS é amplamente utilizado em razão do número reduzido de fatores e da possibilidade de implementação em um Sistema de Informação Geográfica (SIG), como visto nos trabalhos de Pandey et al. (2009), Baskan et al. (2010), Prasannakumar (2011), Perović et al. (2013), Saygin et al. (2014), De Mello et al. (2015); Farhan and Nawaiseh (2015) e Bayramov et al. (2016). No cenário brasileiro, este modelo teve seus parâmetros calibrados (Farinasso et al., 2006; Mello et al., 2007; Beskow et al., 2009; Fernandes et al., 2013; Da Silva Neves et al., 2015; Oliveira et al., 2015; Corrêa et al., 2016), garantindo maior eficiência em comparação com modelos cujas adaptações são recentes. O uso de biocombustíveis como medida de mitigação para emissões de carbono levou a uma maior expansão do cultivo da cana de açúcar no Estado de São Paulo (Rudorff et al., 2010), com uma área plantada de 5,728,285 ha (UNICA, 2016). Considerando o período entre 2000 e 2010, a expansão desse cultivo ocorreu predominantemente (99%) sobre áreas agricultáveis ou de pastagem (Adami et al., 2012). Tal expansão tem ocorrido predominantemente nas áreas correspondentes a Depressão Periférica Paulista (Fig.1a), que é formada por rochas sedimentares (arenitos e argilitos) da Bacia Sedimentar do Paraná (IPT, 1981). De acordo com Foley et al. (2005), este fato levou a um crescimento dos processos erosivos e, consequentemente, a degradação do solo, causando também impactos na qualidade das águas superficiais e sub-superficiais. As mudanças no uso da terra tem efeitos substanciais na paisagem e devem ser analisados considerando o complexo sistema humano-paisagem, pautado na interdependência dos processos e funções hidrogeomorfológicas, ecológicas e humanas(Murray et al., 2009; Harden et al., 2014). Surpreendentemente, há poucos estudos no Brasil que tem documentado os impactos das mudanças de uso da terra no meio rural (Latrubesse et al., 2009; Minella et al., 2009; Perez Filho and Quaresma, 2011; Oliveira et al., 2015; Lupinacci et al., 2017) e urbano (Fujimoto, 2005; Penteado and Fujimoto, 2006; Simon and Cunha, 2008; Moraes et al., 2012). O presente artigo teve como objetivo, através da realização de uma análise comparativa entre diferentes tipos de uso da terra, determinar as possíveis mudanças nos processos de erosão e perda de solo. Para tanto, a partir do modelo EUPS, foram simulados três cenários de uso da terra/cobertura vegetal: condições naturais (Cerrado), uso da terra atual e expansão contínua das culturas de cana-de açúcar. Espera-se, por fim, que os resultados viabilizem posteriores análises sobre a influência das mudanças do uso da terra, guiadas por políticas energéticas, na degradação do solo e na modificação da paisagem, ajudando a estimar futuras respostas geomorfológicas e ambientais nessas áreas.

Material e métodos

A bacia do Ribeirão Cachoeirinha está localizada na porção centro oeste do Estado de São Paulo, entre as coordenadas 22º17’30 e 22º17’39” S e 47º33’ e 47º31’ O, ocupando uma área de 1473 ha (Fig. 1b).O clima da região do tipo de Cwa (Köeppen, 1948), subtropical. A área de estudo é composta por rochas sedimentares da Bacia Sedimentar do Paraná (Conceição e Bonotto, 2003, 2004). A Formação Rio Claro é caracterizada como uma unidade rochas areníticas, comumente associadas com uma deposição Cenozoica em condições continentais fluviais de clima semiárido (Perinotto e Lino, 2012). A Formação Corumbataí é composta por argilitos possivelmente depositados em ambientes marinhos de planícies de maré, cobrindo áreas próximas foz do Ribeirão Cachoeirinha (IPT, 1981). Os principais tipos de solos dessa bacia são Latossolo, Argissolo e Gleissolo (EMBRAPA, 2013). 2.2 Equação Universal de Perda de Solo (EUPS) Implementada através do software ArcGIS 10.2 (ESRI), a USLE consiste em um modelo multiplicativo simples (Wischmeier and Smith, 1978), descrito pela Equação 1. A = R.K.L.S.C.P (1) Onde A é a media anual de perda de solo por unidade de área (t ha a−1), R é a erosividade da chuva (MJ mm ha-1 h-1), K é a erodibilidade do solo (t h MJ-1 mm-1), L.S é o fator topográfico (adimensional), C é o fator de cobertura do solo (adimensional), e P é a prática conservacionista (adimensional). 2.2.1 Erosividade da Chuva (R) O Fator R se dá pela relação entre a média mensal e a média anual de precipitação (Equação 2), dando valor médio do índice de erosividade (Lombardi Neto e Moldenhauer, 1992). 〖EI〗_30=67.355 (r^2/P)^0.85 (2) Onde EI30 é a média mensal do índice de erosividade (MJ.mm/ha.h), r é a média do total mensal de precipitação (mm) e P é a média do total anual de precipitação (mm). 2.2.2 Erodibilidade do solo (K) Erodibilidade é a suscetibilidade dos materiais de superfície do solo serem transportados por processos denudacionais (Summerfield, 1991), sendo representado pelo Fator K. Fotografias aéreas de 1995 (1:25.000, papel fotográfico no formato 230 mm x 230 mm) fora utilizadas para o procedimento de fotointerpretação (Demattê, 2010) com subsequente validação por análises de perfis de solos em campo (Oliveira, 2007). Os valores do Fator K foram atribuídos de acordo com Bertoni e Lombardi Neto (2010). 2.2.3 Topografia (LS) O Fator L foi calculado de acordo com o método de Desmet e Govers (1996), desenvolvido a partir das equações propostas por Foster e Wischmeier (1974)(Equação 3). L_(i,j)=[(A_(i,j)+D^2 )^(m+1)-(A_(i,j) )^(m+1) ]/[D^(m+2) 〖x_(i,j)〗^m (22.13)^m ] (3) Onde L_(i,j) é o fator de extensão de vertente (m) de uma célula com coordenadas (i,j), A_(i,j) é a área de contribuição de uma célula (m2), D é o tamanho da grade de células (m), x_(i,j) -x_(i,j)= sen⁡〖a_(i,j) 〗+cos⁡〖a_(i,j) 〗, a_(i,j) é o valor da direção de fluxo para a grade de células (i,j), e m é o coeficiente angular, que por sua vez assume o valor de 0.5 se s (declive) ≥ 5%, 0.4 se 3% ≤ s ≤5%, 0.3 se 1% ≤ s ≤ 3%, e 0.2 se s < 1%. Assim, o fator LS (Topografia) consiste na multiplicação simples do Fator L pelo Fator S. O Fator S foi calculado através da equação (4) proposta por McCool et al.(1989). S_((i,j))={█(10.8 sinβ_((i,j) ) +0.03 tan⁡〖β_((i,j))<0.09 %〗@16.8 sin⁡〖β_((i,j)) 〗 -0.5 tanβ_((i,j) ) ≥0.09 %)┤ (4) Onde β é o angulo do declive (em graus). 2.2.4 Uso da terra e cobertura vegetal natural (C) O mapa de uso da terra para o cenário de 2015 foi obtido com base na interpretação visual de imagens orbitais adquiridas pelo satélite Ikonos (16/06/2014). As classes de uso foram definidas de acordo com as recomendações do Manual Técnico de Uso da Terra (Sokolonski, 1999) e validadas em campo. Os valores do Fator C foram apresentados na Tabela 1. 2.2.5 Práticas conservacionistas (P) Obtido com base no gradiente de declividade, considerado um fator limitante (Bertoni e Lombardi Neto, 2010).

Resultado e discussão

3.1 Fatores da EUPS Considerando o valor anual (1294 mm) e a média mensal (108 mm) de chuva na bacia do Ribeirão Cachoeirinha, obteve-se um índice de erosividade da chuva (Fator R) de 5238,7 MJ mm ha-1 a-1, valor coerente com a média de 5000 MJ t ha-1 a-1 (Mello et al., 2007; Silva et al., 2009; Correa et al., 2016) para essa região do Brasil. Dentre os tipos de solo delimitados (Fig. 2a), ocorre o predomínio de Latossolo em 73,56% da área, com valor de erodibilidade igual a 0,017 t h MJ−1 mm−1, caracterizado como solo profundo e lixiviado (EMBRAPA, 2013). O Argissolo (0,034 t h MJ−1 mm−1) está presente em 23,35% da bacia do Ribeirão Cachoeirinha. Este tipo de solo é caracterizado pelo horizonte B rico em argila (EMBRAPA, 2013), fator que oportuniza a retenção de água e favorece o desenvolvimento de culturas permanentes e temporárias. As áreas de Gleissolo (0,004 t h MJ−1 mm−1) estão restritas ao fundo do vale e correspondem a 3,09% da bacia, sendo este constituído por sedimentos inconsolidados de composição argilosa, arenosa ou argilo-arenosa (EMBRAPA, 2013). Em relação a topografia (LS), os maiores valores de LS (Fig. 2b) situam-se em áreas próximas a rede de drenagem, onde há convergência de fluxo e maiores gradientes de declividade, , com os menores valores no setor norte, onde há declives suavizados e convergência de fluxo reduzida. Assim, 80,10% da área da bacia possui valores de LS menores que 1, indicando, de acordo com Beskow (2009), que a bacia do Ribeirão Cachoeirinha possui baixa susceptibilidade a ocorrência de processos erosivos. Tal situação indica maior relevância do uso da terra no que tange a perda de solo quando as condições de relevo, clima e solo são conhecidas. Em relação às categorias de uso da terra atual (Fator C) (Fig. 2c), a bacia é composta, em 31,8% de sua área, por espaços destinados a cultura anual, localizados no setor central e leste da mesma. O Cerrado (Savanna) possui espaços preservados no setor norte da bacia e em áreas de margem do Ribeirão Cachoeirinha, representando 16,2%. As áreas destinadas à silvicultura (1,4%) correspondem a pequenos talhões em pontos isolados no setor norte e oeste, cuja finalidade está direcionada a demanda comercial. As culturas de cana-de-açúcar são espalhadas (21,6%) em toda a bacia e o solo exposto corresponde a pequenas manchas distribuídas em 0,7% da área. 4.1 Taxas de perda de solo de acordo com as mudanças de uso e cobertura da terra No interior do Estado de São Paulo, a cobertura vegetal natural é composta por floresta semi-decidual caracterizada por sazonalidade climática. Considerando a total ocupação da bacia do Ribeirão Cachoeirinha por Cerrado(Fig. 3a), a média de perda de solo estimada foi de 0.03 t ha-1 a-1 com variação entre 0.01 e 0.40 t ha-1 a-1, similar aos resultados apresentados por Bruijnzeel (2004) e Oliveira et al. (2015) para este tipo de cobertura vegetal. Depois do ciclo do café de 1929, a expansão das pastagens e das culturas de cana-de-açúcar começaram no Estado de São Paulo, contribuindo para o desenvolvimento de paisagens culturais (Araújo Filho, 1976). Quando considerado o uso atual, a média de perda de solo estimada foi 3.0 t ha-1 a-1, variando entre 0.1 e 29.0 t ha-1 a-1 (Fig. 3b). Assim, as perdas de solo cresceram cem vezes, o que pode ser associado às atividades humanas. Os valores de perda de solos menores que 3 t ha-1 a-1 foram observados para 81,5% da área estudada. Esses valores derivam de áreas onde o solo apresenta baixa erodibilidade e cobertura vegetal preservada, fatores que amenizam o potencial erosivo da chuva e, consequentemente, reduzem as taxas de perda de solo. Os valores intermediários de perda (3 a 5 t ha-1 a-1) ocorreram em 4,8% da área da bacia do Ribeirão Cachoeirinha e são atribuídos a um conjunto de variáveis que se atenuam, como vertentes de acentuado declive ocupadas por culturas anuais ou por cerrado, bem como em áreas de relevo plano ocupadas por Latossolos e cultivo de cana-de-açúcar. Os setores da bacia do Ribeirão Cachoeirinha ocupados pela cana-de-açúcar apresentaram os maiores valores de perda de solo (de > 5 t ha-1 a-1) e correspondem a 13,7%. Tais resultados podem ser explicados pelo maior valor do Fator C estabelecido para a cana-de-açúcar, fundamentado pela menor proteção ao solo proporcionada por este tipo de cultivo durante o período de colheita e replantio. Depois da implementação do Projeto PRO-ALCOOL (1975), as áreas de cultivo de cana- de-açúcar expandiu em mais de 3 milhões de hectares na região centro-sul do Brasil (Adami et al., 2012), com área adicional de 7 milhões de hectares demandada para a produção de etanol no Brasil até 2021 (Goldemberg et al., 2014).Na simulação para uma possível expansão contínua do cultivo da cana-de-açúcar (Fig. 3c), a média de perda solo estimada foi de 11,0 t ha-1 a−1, com valor mínimo de 0,1 e máximo de 44,0 t ha-1 a-1. Essa taxa representa um crescimento de 270% em relação a perda de solo estimada no período estudado e é aproximadamente 370 vezes maior em relação ao cenário de cobertura por cerrado. Adicionalmente, os baixos valores de perda estão restritos as porções planas do relevo, mas com altas taxas em relação as condições atuais de uso da terra. Outros estudos tem utilizado a EUPS para indicar o crescimento da perda de solo relacionada as atividades agrícolas (Beskow et al., 2009; Galharte et al., 2014; Graça et al., 2015; Corrêa et al., 2016). Esses estudos sublinham a relação direta entre o crescimento das taxas de perda de solo e a expansão de culturas temporárias, convergindo com os estudos apresentados nesse artigo. Ainda, pesquisas desenvolvidas em outras regiões, sub climas distintos, reforçam a agricultura intensiva como um fator adverso a conservação do solo (Garcia-Ruiz et al., 2010; Nunes et al., 2011; Gessesse et al., 2015). Assoreamento e eutrofização dos reservatórios são problemas comuns gerado pela intensa remoção de terras agricultáveis (Ward, 1998; Donadio et al., 2005; Minella et al., 2007; Vanzela et al., 2010; Bateni et al., 2013; Pantano et al., 2016). Os limites de tolerância a erosão são definidos como a quantia de solo que pode ser removida por erosão sem diminuir a produtividade agrícola (Smith e Stamey, 1965). No Brasil, Lombardi Neto e Bertoni (1975) estabeleceram os parâmetros de erosão tolerável para os solos do Estado de São Paulo (de 4,5 a 15 t ha-1 a-1). Levando em consideração os solos da bacia, o valor de tolerância é de 12.6 t ha-1 a-1 para Latossolos e 9.1 t ha-1 a-1 para Argissolos. As taxas de perda de solo não excederam os limites toleráveis apenas para o cenário de cobertura vegetal natural (Cerrado). Para o uso da terra atual, as áreas com cultivo de cana-de-açúcar apresentaram taxas de perda de solo superiores aos limites toleráveis, representando 17% da área de estudo. Na possibilidade de continua expansão da cultura em questão, 57% da bacia apresentou taxas de perda de solo acima dos valores de tolerância sugeridos. Assim, a expansão territorial do cultivo da cana-de-açúcar pode levar a exaustão da camada pedológica fértil e, consequentemente, a redução da produtividade agrícola. Como impacto adicional, tal expansão pode aumentar a carga sedimentar nos canais fluviais, rica em fertilizantes fosfatados (NPK), levando a eutrofização e assoreamento dos mesmos, como discutido por Bonotto e Conceição (2003, 2004) na bacia do Rio Corumbataí.

Figura 1 – Compartimentação geomorfológica do Estado de São Paulo (a), com destaque para o mapa geológico da bacia do Ribeirão Cachoeirinha (b).


Figura 3 – Taxas de perda de solo considerando Cerrado (a), Uso da terra atual (b) e Expansão da cana-de-açúcar (c) para a área de estudo


Figura 2 – (a) Solos (Fator K), (b) Topografia (Fator LS) e (c) Uso da terra (Fator C) atual para a bacia do Ribeirão Cachoeirinha


Tabela 1 - Uso da terra e cobertura vegetal (C).

Considerações Finais

Os resultados salientam os possíveis efeitos das políticas energéticas na evolução da paisagem em escala espacial e temporal em uma pequena bacia hidrográfica localizada no Estado de São Paulo. Guiada pela produção de biocombustíveis, as mudanças de uso da terra tem ocorrido na Depressão Periférica Paulista, formada por arenitos e argilitos, ao longo das últimas décadas. O atual cenário de uso da terra indicou que tais mudanças estão diretamente relacionadas ao aumento das taxas de perda de solo, com 17% da bacia do Ribeirão Cachoeirinha apresentando valores de perda superiores aos valores toleráveis estabelecidos. Adicionalmente, em um cenário com continua expansão das culturas de cana-de-açúcar, as taxas de perda de solo podem crescer em até 370 vezes em relação a um cenário de cobertura vegetal natural, com valores de perda acima dos limites toleráveis em até 57% de bacia. Assim, os sistemas humano-paisagem estão acelerando os processos naturais de perda de solo e, consequentemente, modificando a evolução da paisagem do Estado de São Paulo. As interações humano-paisagem descritas nesse artigo servem para a avaliação de outras áreas que estejam sob a implementação de políticas energéticas, especialmente as pautadas no cultivo da cana-de-açúcar. Por fim, futuros estudos podem ser conduzidos a fim de entender a real dimensão da influência humana nesses sistemas relativamente desconhecidos e pouco estudados.

Agradecimentos

A Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP - Process 2014/02189-6) e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq - Processo 141993/2017-0) pelo suporte financeiro durante a presente pesquisa.

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