Autores

Oliveira, P.A. (UNIOESTE - MCR) ; Calegari, M.R. (UNIOESTE - MCR) ; Silva, B.A. (UNIOESTE - FB) ; Calixto, G.R. (UNIOESTE - MCR) ; Habeck, A. (UNIOESTE - MCR) ; Luz, E.L.Z. (UNIOESTE - MCR) ; Hayakawa, E.H. (UNIOESTE)

Resumo

Levantamentos e estudos de precisão baseados na utilização de geotecnologias foram otimizados com o apoio de Veículos Aéreos Não Tribulados (VANT). Este trabalho utiliza informações morfométricas obtidas por meio de VANT associadas a técnicas de Pedometria para gerar um modelo de distribuição dos solos em uma bacia de primeira ordem. Os resultados obtidos pela associação de Declividade, Índice de Capacidade de Transporte de Sedimentos, Índice Topográfico de Umidade e Curvatura do Terreno, apresentou resultados satisfatórios na predição dos tipos de solo segundo a posição na vertente, quando comparados com descrições morfológicas de oito trincheiras dispostas em duas toposequências. Aproximadamente 16% da área é composta por Nitossolo Vermelho férrico e 84% composta por Latossolo Vermelho férrico.

Palavras chaves

solos; pedogêneses; morfométrico

Introdução

Devido a sua importância como suporte a vida animal e vegetal, o solo é um recurso que deve ser conhecido e entendido para que se possam realizar ações adequadas de conservação. Mesmo diante dessa importância, é comum observar situações de degradação do solo, a exemplo das áreas de agricultura intensiva presentes no Oeste do Estado do Paraná. Processos de erosão, compactação dos solos, perda de capacidade produtiva, poluição, manejo ou conservação inadequados ou inexistentes são alguns exemplos. A retomada de práticas conservacionistas se faz urgente para tentar amenizar os impactos e reverter essa situação de degradação do solo. Mesmo no Estado do Paraná que já foi reconhecido nos anos de 1980 como referência nas práticas de Manejo e Conservação de Solos, nos últimos anos nota-se que essas condutas foram deixadas de lado, emergindo uma série de problemas nos solos paranaenses. Especificamente, a Bacia do Paraná 3 (BP3), formada por um conjunto de bacias hidrográficas cujos canais principais escoam para o reservatório de Itaipu, também tem sofrido com problemas de degradação do solo. Embora os solos do oeste paranaense apresentem grande aptidão agrícola, e que mesmo que o relevo apresente declives suaves, favoráveis ao cultivo e mecanização, é recorrente o desencadeamento de processos erosivos lineares agressivos (ravinas e voçorocas), além da presença de processos de compactação de solos, o que justifica a necessidade de estudos pedológicos de maior detalhe. Neste sentido, na tentativa de mitigar os efeitos da erosão, o levantamento de solos, cuja função é identificar e separar as unidades de solos existentes, mais especificadamente o mapeamento digital dos solos, vêm como uma ferramenta estratégica neste reconhecimento, pois otimizam o tempo e os custos. Ademais o mapeamento em detalhe previne tomadas de decisões equivocadas, baseadas em escalas generalizadas, as quais não correspondem as reais necessidades da área. Adicionalmente, a atual disponibilidade de técnicas e ferramentas de Geotecnologias (e.g. Sistemas de Informação Geográfica (SIG), Sensoriamento Remoto (SR), Veículo Aéreos Não Tripulados (VANT), dentre outros, permitem a obtenção de dados espaciais que auxiliam sobremaneira em estudos desse caráter. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é gerar um mapa digital de solo em escala de detalhe, 1:10.000, em uma bacia de primeira ordem no município de Toledo-PR, pautado em técnicas de Pedometria, cujas técnicas de mapeamento refere-se à criação de um conjunto de dados, baseados em modelos numéricos, os quais fornecem um modelo preditivo da distribuição dos solos na paisagem (CATEN et al. 2012; CHAGAS et al. 2013). Estes modelos matemáticos baseiam- se em variáveis espaciais derivadas do Modelo Digital de Elevação (MDE) (CHAGAS, et al., 2013). Visa-se obter informações que poderão auxiliar na definição das melhores práticas de manejo e conservação dos solos na área e validar modelos matemáticos de produção e transporte de sedimentos.

Material e métodos

A área de estudo corresponde a uma bacia de 1ª ordem da BP3, no município de Toledo, oeste do Paraná. Inserida na unidade morfoescultural do Terceiro Planalto Paranaense (MINEROPAR, 2006) é modelada em basaltos da formação geológica Serra Geral. A ação dos processos de intemperismos e as características do relevo, contribuíram para a formação de solos argilosos, profundos, com fertilidade variável da região, predominantemente os Latossolos e Nitossolos Vermelhos Férricos. Para o mapeamento e caracterização dos solos até o segundo nível categórico em escala de detalhe 1:10.000, foram utilizadas variáveis morfométricas oriundas de aerolevantamento com VANT realizado pela Itaipu Binacional. Os dados morfométricos e índices foram extraídos diretamente do MDE obtido por câmera multiespectral acoplada ao VANT. As variáveis morfométricas extraídas do MDE referem-se a Declividade, Curvatura do terreno, Índice Topográfico de Umidade (ITU) e Índice de Capacidade de Transporte de Sedimentos (ICTS). Dados referentes a Curvatura da vertente e índices ITU e ICTS foram obtidos automaticamente em aplicativo SAGA 2.2.6, e posteriormente foram estruturados e processados em um banco de dados em ambiente SIG ArcGis 10.4, juntamente com declividade, cujas classes seguiram as estabelecidas pela Embrapa (2013). A utilização das características de declividade, e curvatura, caráter vertical (côncavo/retilíneo/convexo) e horizontal (convergente/planar/divergente), dá-se pelo fato de que estas características afetam principalmente a velocidade dos fluxos hídricos superficiais e subsuperficiais no solo ao longo da vertente, refletindo no potencial de erosão/deposição e na capacidade de uso do terreno, por exemplo, (VALERIANO, 2008; SIRTOLI, 2008; CHAGAS et al., 2013, SILVA, 2017). O ITU, dado pela equação ITU=(As/tanß), onde As é a área de contribuição e tanß é a declividade expressa em radianos, permite identificar áreas de maior ou menor saturação ao longo da vertente, onde valores elevados representam maior umidade no solo e estão associados à áreas baixas e planas do relevo. As classes do ITU com valores mais baixos representam condições de boa drenagem (MOORE et al., 1993; SILVEIRA, 2010; NOWATZKI, 2013). Já o ICTS, dado pela equação ICTS=(As/22.13)0,6x(senβ/0,0896)1,3, onde As é a área de contribuição e senβ é a declividade expressa em radianos, indica áreas com possível rejuvenescimento do solo, deste modo, valores mais elevados representam as áreas com maior potencial erosivo. A criação do mapa digital de solos baseou-se na classificação de cada variável e índice morfométrico e na atribuição de pesos a cada uma das classes. Os pesos referem-se a atuação e interação entre pedogênese e morfogênese. Pesos inferiores (1) indicam o prevalecimento da pedogênese sobre a morfogênese, apresentando segmentos de topos planos e alongados, vertentes extensas com formas suaves onduladas (declividade até 8%); peso intermediário (2) a influência da pedogênese sobre a morfogênese diminui, associando-se aos segmentos de vertente com formas onduladas (declividade 8- 20%); enquanto que pesos superiores (3) a morfogênese prevalece sobre a pedogênese, correlacionado a seções com formas forte onduladas (declividade 20-45% e >45%). Suscintamente o mapa final de solos em escala de detalhe, é resultado de álgebra de mapas entre a Declividade+ICTS e Curvatura+ITU (SILVA, 2017). Áreas de remanescentes de vegetação não foram consideradas, devido a alta sensibilidade do VANT, que acabou por considerar a elevação do dossel das árvores. Os tipos de solos obtidos em SIG foram comparados com descrições morfológicas de oito trincheiras distribuídas ao longo de duas topossequências em campo, a fim de comparar com o mapa gerado digitalmente. Sendo a Topo I, margem direita da bacia, com 923 m de extensão e 93 m de desnível, e Topo II, na margem esquerda, com 565 m de comprimento e 44 m de desnível. Tal comparação permitiu verificar a eficiência da utilização da pedometria.

Resultado e discussão

As informações extraídas do MDE correspondentes a declividade se apresentaram homogêneas na área. Mais de 83% da área apresenta declividade inferior a 8%, sendo 54,11 ha variando de 0-3% (11,05% da área) e 356,89 ha com declividade de 3-8% (72,87% da área). Essas condições de declividade conferem a área condições mais estáveis que possibilitariam maior infiltração da água no solo, favorecendo uma pedogênese progressiva, e por esta razão foram categorizadas como tendo peso 1 (VALERIANO, 2008; CHAGAS et al., 2013). Declives entre 8-20% (peso 2) ocupam 77,88 ha (15,90% da área), apenas 0,9 ha corresponde a classe de 20-45% (0,18% da área total), com peso 3, devido a apresentar um maior potencial a escoamento superficial e processos lineares, isto é, mais favorável a morfogênese. Por mostrar de maneira geral um relevo bastante suave, a bacia de primeira ordem não apresentou declives acima de 45% (Figura 1). A área apresenta ICTS Baixo (peso1) em 232,22 ha (47,41% da área), que condiciona a formação de solos mais evoluídos pedogeneticamente e mais profundos; 172,45 ha (35,21%) da área possui índice de capacidade de transportes de sedimentos Médio (peso 2); e em 84,81 ha (17,32% da área) possui ICTS forte (peso 3), nestas áreas os solos tendem a ser menos desenvolvidos pedogeneticamente e menos profundo que nas demais, por apresentar maior declividade (Figura 1). A álgebra de mapas entre as características de Declividade e ICTS (Figura 1) identificaram as áreas com baixo potencial de escoamento superficial, cujas áreas ocupam 70,26 % da área (343,49 ha). Por apresentarem declives até 8% e ICTS baixo, proporcionam uma maior infiltração da água no solo (peso 1), onde a baixa declividade associada ao comprimento da rampa da vertente permite o desenvolvimento de solos mais profundos (SIRTOLI, 2008; SILVEIRA, 2010). 144,49 ha da área (29,56%) apresenta condições intermediarias (peso 2), os declives vão de 8-20%, onde há uma diminuição da infiltração, e consequentemente uma redução nas taxas de pedogênese. Desta forma os solos nestas condições tendem a serem menos evoluídos que os anteriores. Somente em 0,19% da área (0,91 ha) a morfogênese supera a pedogênese, sendo encontrada em pontos específicos, o ocorre maior escoamento superficial em detrimento da infiltração. Os atributos morfométricos de ITU também se apresentam bem distribuídos na área. Cerca de 87% apresentam condições de boa drenagem, enquanto que em 13% da área (61,97 ha) os solos encontram-se mais saturados. Apesar da maior umidade, os solos presentes nestas áreas não se constituem como sendo hidromórficos. Com relação às características de curvatura se destaca na paisagem as formas convergente-côncava em cerca de 28% da área (134,23 ha), e as formas divergentes-convexas em cerca de 26% da área (125,71 ha). As formas convergente-côncava apresentam a máxima concentração e acúmulo do escoamento (peso 3) e a forma convexa-divergente representa máxima dispersão do escoamento (peso 1). As combinações intermediárias das formas obtidas em SIG são pouco expressivas, com destaque para planar-retilínea com apenas 3,47% de área (Figura 2), estas formas têm características hidrológicas mais dependentes de relações entre as intensidades de efeitos individuais que possam ocorrem durante os processos erosivos (VALERIANO, 2008). Dos resultados obtidos pela álgebra de mapas entre o ITU e a curvatura do terreno foram encontradas 275,60 ha (56,42 %) de áreas propícias a formação de solos mais evoluídos (peso1), já que estas áreas estão associadas predominantemente a curvaturas do terreno com maior dispersão de escoamento superficial e com áreas de boa drenagem. Em 163,09 ha (33,39%) correspondem a áreas com curvaturas mais convergentes, com maior potencial de concentração de escoamento superficial, e áreas de boa drenagem associadas a áreas mais úmidas do terreno. Essas condições associadas são favoráveis à formação de solos profundos (Figura 2), e correspondem a segmentos de média vertente onde foram identificados Latossolo Vermelho Férrico (Topo I) e Nitossolos Vermelho Férrico (Topo II). Já as demais áreas, 49,76 ha (10,19%) se destacam pela maior umidade do solo associadas a condições de maior concentração de escoamento superficial (áreas de sopé da vertente). Porém, apesar da maior saturação e associação com a maior concentração de escoamento, (favorecida pela configuração côncava), quando correlacionadas ao comprimento da rampa e área de contribuição da bacia, tais áreas não são suficientemente planas e côncavas para formar solos com caráter hidromórficos. A partir da álgebra de mapas entre (Declividade e ICTS) + (ITU e Curvatura) obteve-se o mapa digital de solos final para área (Figura 3). As combinações entre os pesos assinalam a ocorrência de duas classes de solos: os Latossolos e Nitossolos. A partir dos resultados de campo os solos puderam ser assim classificados, até o terceiro nível categórico: Nitossolo Vermelho férrico (NVf) predominantes em segmentos de média vertente com declividade acima de 20%, associados a capacidade média de transportes de sedimentos; devido as suas características de declividade e área de contribuição associado, sobretudo, ás curvaturas convergente-côncavas e convergentes- convexo, esses solos apresentam boa drenagem e ocupam 84,95 ha (17,39% da área). Os Latossolo Vermelho férrico (LVf) ocupam a maior área da bacia, 403,50 ha, e representam cerca de 85% da área total. São encontrados, de jusante para montante, a partir da média vertente e até o topo, predominantemente nos setores divergente-convexos e convexo-retilíneo das vertentes. Essa distribuição dos solos, de montante para jusante, é recorrente na região, variando em função da forma e extensão das vertentes, ora com maior predomínio de Latossolos nas vertentes mais extensas, ora o Nitossolo em vertentes mais curtas. A distribuição dos solos obtida por pedometria foi comparada com a descrição morfológica de 8 trincheiras dispostas em duas topossequências. AS trincheiras revelaram a distribuição lateral e vertical dos horizontes de solo, e indicou também a ocorrência de um excessiva compactação dos solos nessa bacia, até cerca de 40 cm de profundidade (horizonte Ap- AB e BA). O horizonte diagnóstico da trincheira 4 (P4), de montante a jusante, da Topo I em descrição morfológica de campo, correspondem a um B nítico, o que permite classificar o solos como um Nitossolo. Porém no mapa digital o mesmo ponto corresponde a áreas de Latossolo. Apesar da diferença entre os tipos de solo encontrados, esta diferença pode ser justificada devido ao P4 encontrar-se muito próximo aos limites de uma classe para outra, ficando apenas a 20 metros de distância da classe de Nitossolos obtida em SIG. Essa diferença pode ser aceita devido ao fato de que a transição de um solo para outro não ocorre de modo abrupto, mas de modo gradual (NUSSBAUM et al., 2011). O ponto 2 (P2) da Topo II também corresponde a classificação preliminar de Nitossolo em descrição morfológica. Apesar de mais distante dos limites das classes de solo (cerca de 100 metros), este perfil apresenta características transicionais entre Nitossolo e Latossolo, e portanto, pode estar dentro dos limites de cruzamento do software. Observa-se também que o ponto 3 (P3) da Topo II está inserido próximo a uma mancha retilínea de Nitossolos mapeada pelo SIG. Esta mancha é na verdade produto da ação antrópica na construção de uma estrada. Onde devido a sensibilidade dos dados VANT o software acabou interpretando essa área de topo como sendo característica de formação de Nitossolos. A comparação entre o tipo de solo obtido por técnicas de pedometria com as descrições morfológicas em campo, revela que de modo geral a distribuição dos solos por meio de pedometria apresenta-se como uma ferramenta bastante útil, com resultados satisfatórios quanto aos tipos de solo e sua distribuição, dado as características particulares da área e das descrições em campo.

Figura 1. A: classes de declividade. B: ICTS conforme a atribuição de peso. C: álgebra de mapas entre Declividade e ICTS.


Figura 2. A: ITU; B: curvatura do terreno, peso 1: predomínio de formas divergentes-convexas, 2: formas intermediárias planar-retilíneas, 3: predomíni


Mapa digital de solos final para área do estudo

Considerações Finais

O tratamento de dados morfométricos em SIG apresentam-se como ferramentas de boa eficiência na predição de distribuição dos tipos de solos ao longo das vertentes, sendo condizentes com a realidade. No entanto, e principalmente, com a utilização de dados precisos, trabalhos de campo são necessários, para coleta de material e classificação dos solos em níveis mais elevados, visto que não é possível detectar atributos químicos do solo, e, devido a sensibilidades dos sensores eliminarem elementos que não condizem com a realidade, como por exemplo, remanescente de vegetação e estradas. Ademais, a análise estrutural da cobertura pedológica, por meio de descrição morfológica, baseados em estudo em toposequência, com trincheiras e tradagens, auxiliam na delimitação mais precisa dos limites laterais dos solos ao longo da vertente, já que tais limites são sempre uma aproximação, pois os solos não alteram abruptamente de um tipo para outro. Ressalta-se que levantamento de solos que visem auxiliar e avaliar perdas de solo por processos erosivos, devem sempre levar em consideração o tipo de manejo e as características particulares de cada área. Como por exemplo, a área em questão, em que, apesar de grande parte apresentar relevo suave, menos de 8%, os primeiros 40 cm do solo são bastante compactados, o que dificulta a infiltração da água, sendo comum a formação de sulcos e pequenas ravinas, gerando grande perda de sedimento que são depositados no limite do remanescente de vegetação.

Agradecimentos

A primeira autora agradece a Fundação Araucária pela concessão de bolsa de mestrado. Ao Programa da Rede Paranaense de Apoio a Agropesquisa e Formação Aplicada Fundação Araucária / SETI-PR / Senar-PR pelo apoio financeiro ao projeto (Chamada Pública 01/2017), e a Itaipu Binacional pela disponibilização dos dados do VANT e apoio ao projeto. A UNIOESTE – campus de Marechal Cândido Rondon, pela disponibilidade de infraestrutura de laboratório e realização de trabalhos de campo.

Referências

CATEN, A.; DALMOLIN, R.S.D.; MENDONÇA SANTOS, M. de L.; GIASSON, E. Mapeamento digital de solos: características da abordagem brasileira. Ciência Rural, v.43, p.1989 1997, 2012.

CHAGAS, C. S.; FERNANDES FILHO, E. I.; BHERING, S. B. Relação entre atributos do terreno, material de origem e solos em uma área no noroeste do estado do Rio de Janeiro. Revista Sociedade & Natureza, Uberlândia, 25 (1): 147-162, jan/abr/2013.

EMBRAPA. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. Brasília, DF: Embrapa 3ª ed., 2013, 353p.

MINEROPAR (MINERAIS DO PARANÁ). Atlas geomorfológico do Estado do Paraná: escala 1:250.000, modelos reduzidos 1.500.000. Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2006. Disponível em: <http://www.mineropar.pr.gov.br/arquivos/File/MapasPDF/Geomorfologicos/atlas_geomorforlogico.pdf> Acesso em 03 de junho de 2015.

MOORE, I. D. et al. Soil attribute prediction using terrain analysis. Soil Science Society American Journal. v. 57, 1993, p. 443-452.

NOWATZKI, A. Utilização de atributos topográficos no mapeamento preliminar de solos da Bacia Hidrográfica do Rio Pequeno (Antonina/PR). Departamento de Geografia, Setor de Ciências da Terra, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2013. (Dissertação de Mestrado).

NUSSBAUM, M.; ETTLIN, L.; ÇÖLTEKIN, A.; SUTER, B. & EGLI, M. The relevance of scale in soil maps. Bull. BGS, 32:63-70, 2011.

SILVA, B. A. Mapeamento convencional e digital de solos na folha topográfica de Marechal Cândido Rondon - PR - BR. Dissertação de Mestrado. Universidade Estadual do Oeste do Paraná – UNIOESTE. Marechal Cândido Rondon, 2017. Disponível em < http://tede.unioeste.br/handle/tede/582?cnpq_page=1> Acesso em 06 de novembro de 2017.

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, Departamento de Geografia, Setor de Ciências da Terra, Universidade Federal do Paraná, 2010, 153p. (Tese Doutorado em Geografia).

SIRTOLI, A. E. et al. Atributos do Relevo derivados de modelos digitais de elevação e suas relações com os solos. Scientia Agraria, Curitiba, v.9, n.3, 2008, p.317-329.
VALERIANO, M. M. Dados Topográficos. In FLORENZANO, T. G. Geomorfologia: conceitos e tecnologias atuais. Ed. Oficina de Textos, São Paulo, 2008.