Autores

Dal Pai, M.O. (UFPR) ; Nowatzki, A. (UFPR) ; Paula, E.V. (UFPR) ; Valladares, G. (UFPI)

Resumo

¶A compreensão do contexto pedológico de um determinado ambiente permite um maior conhecimento sobre as dinâmicas físicas e bióticas que se estabelecem neste meio. Com o intuito de caracterizar os solos da Reserva Natural Salto Morato em Guaraqueçaba-PR foi realizado um mapeamento preditivo com auxílio de um Mapeamento Digital de Solos (MDS). Para a produção do MDS, foram utilizados atributos topográficos obtidos pelo Modelo Digital do Terreno (MDT) da área. Em seguida, foram combinadas as classes destes atributos por meio do método de tabulação cruzada, que resultou na identificação de feições geomorfológicas, que foram posteriormente utilizadas para predizer a ocorrência de solos de planície fluvial, Cambissolos, Neossolos e afloramentos. Após a produção deste primeiro MDS, foi realizado um levantamento de campo, com validação de 24 pontos, o que contribuiu para a elaboração de uma segunda versão do MDS com maior precisão com a realidade.

Palavras chaves

Pedometria; Tabulação Cruzada; Modelo Digital do Terreno

Introdução

¶O solo é um componente do meio físico de grande importância ambiental, uma vez que por meio dele a maior parte dos ecossistemas realizam suas interações bióticas, beneficiando-se de seu estoque de nutrientes e água. Além disso, presta serviços ambientais e sociais, sendo um dos principais meios responsáveis pela provisão de alimentos, matéria-prima e combustível por meio dos variados tipos de cultivos vegetais. Dessa forma, é relevante garantir que o solo esteja saudável e equilibrado para que seja capaz de exercer suas funções e serviços ambientais e sociais apropriadamente (VEZZANI e MIELNICZUK, 2011). ¶A compreensão da composição e a distribuição espacial de um determinado tipo de solo, por meio da análise de seu contexto de formação, permite um melhor entendimento sobre as suas potencialidades e limitações, auxiliando na aplicação de um manejo mais eficiente do mesmo (VEZZANI e MIELNICZUK, 2011). Nesse cenário, o mapeamento de solos é uma ferramenta que contribui na integração dessas informações, espacializando as unidades pedológicas para o maior entendimento do gestor sobre a área estudada. ¶Entretanto, para a realização de um mapeamento pedológico convencional, que apresente uma escala de melhor detalhe, é exigido uma grande disponibilidade de tempo e recursos, o que por vezes pode inviabilizar sua execução (SILVEIRA et al., 2012), sobretudo, em áreas de difícil acesso. Em alternativa a esse procedimento, têm-se utilizado de análises computacionais e modelagens feitas em ambiente SIG (Sistemas de Informações Geográficas), que podem auxiliar no processo de elaboração de mapeamentos convencionais de solos (TESKE et al., 2015). ¶A Pedometria, é um método que tem sido estudado e aprimorado em diversas pesquisas (WILSON e GALLANT, 2000; MCBRATNEY et al., 2003; ZHOU et al., 2008; SIRTOLI, 2008), contemplando uma série de métodos matemáticos e estatísticos para a modelagem quantitativa dos solos, e têm como objetivos analisar sua distribuição, propriedades e comportamentos. Nesse ramo estão os mapeamentos digitais de solos (MDS), que têm a função de espacializar a variação dos solos de uma ou mais áreas. ¶Sendo assim, Pensando na importância dos solos na conservação da natureza, é que surgiu a demanda de um levantamento pedológico de maior detalhe para a Reserva Natural Salto Morato (RNSM), pertencente à Fundação Grupo Boticário de Proteção à Natureza. Localizada no município de Guaraqueçaba, litoral norte do Paraná, a reserva criada em 1994, desenvolve importante papel na proteção do meio ambiente proteção do meio ambiente, dentro do bioma de Mata Atlântica. ¶No âmbito geológico e geomorfológico a área de estudo encontra-se no contexto da Serra do Mar, uma formação de embasamento cristalino com domínio de granitos de anatexia, migmatitos, gnaisses e xistos, e que apresenta relevo dissecado com presença de escarpamentos, falhamentos e topos agudos (MINEROPAR, 2006). Apresenta também a ocorrência de depósitos aluvionares recentes, associados aos fluxos fluviais, e depósitos coluvionares relacionados às encostas (Plano de Manejo da RNSM, 2011). ¶Nesse contexto, o presente trabalho buscou demonstrar e discutir algumas possibilidades de uso do MDS como ferramenta de subsídio à levantamentos pedológicos, tomando como exemplo o trabalho realizado na área de estudo.

Material e métodos

¶Para obter as informações topográficas do terreno da reserva, foi gerado um Modelo Digital do Terreno (MDT) através da ferramenta Topo to raster no software ArcGIS 9.3, utilizando-se das curvas de nível com equidistância de 10m, pontos cotados e hidrografia (escala 1:25.000). A partir deste MDT, foram obtidos atributos topográficos, que segundo Moore et al. (1993), são capazes de indicar a distribuição dos solos considerando a morfologia e dinâmica do relevo. ¶Sendo assim, a declividade (α) é um atributo topográfico primário que influencia atributos secundários, tais como o índice topográfico de umidade (w), que determina a concentração da água sobre o terreno, e o índice de capacidade de transporte de sedimentos (T), que indica áreas de erosão e deposição, contribuindo na identificação de unidades geomorfológicas (SILVEIRA et al., 2012). ¶Para a combinação desses atributos, aplicou-se o método de tabulação cruzada, por meio de álgebra entre mapas (TOMLIN, 1983). Este método constitui-se por uma integração dos atributos em ambiente SIG, considerando classes a eles conferidas. Sendo assim, aos três atributos selecionados foram atribuídas classes (Figura 1), conforme trabalhos anteriores para a região estudada (NOWATZKI, 2013; FELIX DA SILVA, 2015), considerando seu papel na configuração do relevo, com o uso da ferramenta Spatial Analyst do software ArcGIS 9.3. As classes de solos foram atribuídas em comparação com um mapeamento em escala 1:25.000, existente para a RNSM (ROCHA e SILVA, 1994). ¶A partir da combinação dos atributos da área foram identificadas unidades de mapeamento capazes de indicar a distribuição dos solos na paisagem (SILVEIRA, 2010). Sendo assim, a primeira tabulação gerada considerou o índice topográfico de umidade, seccionado em cinco classes de intervalos (Figura 1), onde as de menor valor representam áreas bem drenadas e as de maior valor, áreas de acúmulo de umidade. Combinado com o índice supracitado, o índice de capacidade de transporte de sedimentos foi subdividido em cinco classes, sendo os menores valores para áreas de deposição e os maiores para ambientes muito erosivos. Essa integração dos índices gerou uma grade de 25 combinações, onde 24 apresentaram ocorrência para a RNSM (Figura 1). Posteriormente, as combinações foram discretizadas em quatro classes, conforme Nowatzki e Santos (2014): 1) Áreas onde ocorrem somente processos deposicionais e apresentam alta saturação hídrica; 2) Áreas que os processos erosivos e deposicionais atuam em conjunto com uma resultante para a deposição, e de média saturação hídrica; 3) Áreas com baixa saturação hídrica e predomínio dos processos erosivos; 4) Áreas que atuam somente processos erosivos e de muito baixa saturação hídrica. ¶Na sequência, foi gerada uma segunda tabulação (Figura 1) a partir das informações da primeira grade gerada, combinadas com a declividade. A declividade foi seccionada em cinco classes, sendo que seu valor aumenta conforme a declividade se eleva (Figura 1). Dessa combinação foram obtidas 20 classes, das quais 16 estão presentes na área de estudo. As combinações resultantes foram classificadas: 1) Planícies deposicionais que concentram umidade; 2) Áreas de depósitos coluvionares e terços médios de vertentes, com média saturação hídrica; 3) Terços superiores da serra com fortes declives e baixa concentração de umidade; 4) Áreas escarpadas de serra com praticamente nenhuma concentração hídrica. Por fim, a partir destas classes, foram identificadas unidades preliminares de solo para a RNSM. ¶Após a realização do primeiro MDS, foi feito o levantamento de campo com abertura de trincheiras e uso do trado holandês e, onde os perfis foram classificados in Situ, conforme o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (EMBRAPA, 2013), sendo estes posteriormente comparados com os resultados extraídos das análises físico-químicas. As 68 amostras obtidas dos 24 perfis levantados forneceram informações para a elaboração de uma segunda versão do MDS.

Resultado e discussão

¶As combinações das classes dos atributos topográficos (Figura 1), que geraram as duas tabulações cruzadas, serviram de base para o mapa preditivo de solos na Reserva. Sendo assim, foram obtidas classes de solos para cada uma das quatro classes resultantes das tabulações, considerando suas características topográficas e o mapeamento pedológico feito por Rocha e Silva (1994) para a área. ¶A classe 1, na cor azul, referente às áreas planas e úmidas, correspondeu aos solos hidromórficos e/ou constituídos por depósitos fluviais. Essa atribuição deu-se por característica de baixa declividade (<10%), que influencia para que o índice de capacidade de transporte de sedimentos seja menor, identificando ambientes deposicionais relacionados com os depósitos aluvionares identificados na área da reserva. Associados a estas porções de configuração aplainada, o índice topográfico de umidade apresentou valores altos para a concentração de umidade, indicando condições de saturação hídrica. ¶Já para a classe 2, na cor amarela, foram identificadas unidades geomorfológicas associadas à ocorrência de Cambissolos, conforme identificaram Rocha e Silva (1994). Sua distribuição foi preliminarmente atribuída, principalmente sobre áreas de característica coluvionar e sobre algumas vertentes de serra de inclinação média (entre >10% e 45%), onde o índice de transporte de sedimentos e topográfico de umidade apresentaram valores medianos, indicando equilíbrio entre as forças de pedogênese e morfogênese. No mapeamento de solos elaborado em 1994 para a Reserva, a distribuição dos Cambissolos demonstrou ocorrência em áreas com declividades superiores a 45%. Contudo, por não se conhecer o método utilizado neste levantamento, preferiu-se não atribuir a ocorrência dessa classe de solos à essas porções mais inclinadas. ¶Para a classe 3, de cor marrom, atribuiu-se a ocorrência de Neossolos nas porções de terço superior da serra, em que a declividade alcança valores entre 45% a 75% de inclinação. Nesses locais, o índice de capacidade de transporte de sedimentos apresenta valores medianos a altos, indicando a dominância da ação erosiva. Já o índice topográfico de umidade indicou de médios a baixos valores de concentração de umidade, evidenciando ambientes bem drenados. Sendo assim, essa configuração topográfica, onde há o domínio de processos morfogenéticos sobre os pedogenéticos, podem ser identificados solos de desenvolvimento incipiente como os Neossolos. ¶Por fim, para a classe 4, de cor cinza, foram atribuídas a ocorrência de Neossolos e afloramentos rochosos. A principal condicionante é a declividade com porcentagens acima de 75%, o que caracteriza o relevo como escarpado (EMBRAPA, 2013). O índice de capacidade de transporte de sedimentos apresenta os maiores valores para essas porções, o que é um indicador da forte atuação dos processos erosivos e de morfogênese, quase não ocorrendo pedogênese. O índice topográfico de umidade denota valores baixíssimos de acumulação, o que indica um contexto topográfico desfavorável ao desenvolvimento de solos profundos, podendo constituir afloramentos rochosos e Neossolos. ¶Com as atribuições das classes de solo para as unidades geomorfológicas, obteve-se a primeira versão do mapa preditivo para a Reserva (Figura 2). Este mapa colaborou para a determinação de pontos para o levantamento pedológico em campo, sendo que para a área da reserva as classes dos Cambissolos Háplicos e Gleissolos foram as mais ocorrentes. ¶Cabe ressaltar que os Cambissolos foram identificados em áreas de terreno significativamente inclinadas (>45%), porções que o mapa preditivo havia indicado a ocorrência de Neossolos. Diante disso, percebeu-se que o mapeamento realizado por Rocha e Silva (1994) foi coerente ao indicar a predominância de Cambissolos para a área de estudo. ¶Com o as informações obtidas por meio do levantamento supracitado, foi possível fazer uma revisão da primeira versão do mapeamento preditivo e, após o refinamento das informações, elaborar uma nova versão do mapa de solos da área de estudo. Para isso, optou-se em agrupar a combinação entre o índice topográfico de umidade e o índice de capacidade de transporte de sedimentos em três classes, ao invés de quatro como na primeira versão do mapa, agregando as classes 2 e 3 em somente uma classe geomorfológica. Sendo assim, as classes se caracterizaram por: 1) Áreas de planície associadas ao acúmulo de umidade. 2) Porções de terço médio a superior de vertentes, com média a baixa concentração de umidade. 3) Áreas escarpadas de serra com baixíssima ou nenhuma acumulação de umidade (Figura 3). ¶Além disso, para essa segunda versão da pedometria, adotou-se o método de seis classes da EMBRAPA (2013) para seccionar a declividade, por este já ter sido aplicado em trabalhos anteriores. Desta forma, para a atualização do mapeamento preditivo, a combinação da primeira tabulação dos índices com a declividade resultou em 18 combinações, onde 14 ocorreram na área de estudo (Figura 3). Por fim, as combinações geradas foram distribuídas em três classes conforme sua característica morfológica e hidrológica, e associadas a elas foram atribuídas as classes de solos. ¶A primeira classe, em azul, permaneceu associada com planícies e áreas de concentração de umidade, sendo esperada a ocorrência de solos sob influência do nível freático e/ou de caráter flúvico. Já a segunda classe, em amarelo, passou a agregar tanto terços médios de mediana concentração hídrica quanto terços superiores de baixo acúmulo de umidade, sendo estas associadas à ocorrência de Cambissolos. E por fim, para a terceira classe, em cinza, que possui as características de serras escarpadas e acumulação hídrica bem baixa, foi esperada a ocorrência de Neossolos e afloramentos rochosos (Figura 4). ¶Em comparação com os 24 pontos levantados na área de estudo, o segundo mapeamento preditivo apresentou maior eficiência na predição das classes de solos, foram 21 pontos totalizando 87,5% de acerto, enquanto o primeiro mapeamento teve um acerto total de 16, equivalente a 66,7% de acerto.

Intervalos de classes dos atributos topográficos, e tabulações cruzadas geradas na primeira versão do mapa preditivo.


Primeira versão do mapa preditivo de solos para a RNSM.


Intervalos de classes dos atributos topográficos, e tabulações cruzadas geradas na segunda versão do mapa preditivo.


Segunda versão do mapeamento preditivo para a RNSM.

Considerações Finais

O mapeamento digital de solos, por meio da tabulação cruzada dos atributos topográficos, se mostrou uma técnica adequada por sua rapidez, facilidade de elaboração e baixo custo para predizer a distribuição de solos da Reserva Natural Salto Morato. Além disso, o mapeamento preditivo de solos desempenhou importante papel de base para o planejamento do trabalho de campo, apresentando um panorama preliminar de quais classes de solos poderiam ser encontradas na área de estudo. Sendo que o primeiro MDS contribuiu para a identificação de pontos de interesse para o levantamento pedológico. Em seguida, a comparação da primeira versão do MDS com as classificações dos perfis de campo levantados, foi identificado que a distribuição de Cambissolos na área de estudo é maior do que foi determinado nesta primeira versão em questão. A partir dessas informações, juntamente com a reclassificação dos atributos, foi confeccionada uma segunda versão do mapa de solos. Esta por sua vez, balizada pelos pontos de campo, apresentou um resultado final de acerto 87,5% de acerto em relação ao que foi levantado em campo. Sendo assim, a segunda versão do MDS demonstrou maior confiabilidade para auxiliar na espacialização da distribuição de solos pela Reserva.

Agradecimentos

À Fundação Grupo Boticário de Proteção à Natureza (FGB) por subsidiar esta pesquisa.

Referências

EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA (EMBRAPA). Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. 2. Ed. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2013. FELIX DA SILVA, M. Mapeamento pedológico preditivo por pedometria nas bacias hidrográficas dos rios Tagaçaba, Serra Negra e Guaraqueçaba - Guaraqueçaba (PR). Curitiba, 150f. Dissertação (Mestrado em Geografia) - Setor de Ciências da Terra, Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2015. FUNDAÇÃO GRUPO BOTICÁRIO DE PROTEÇÃO À NATUREZA (FGB). Plano de Manejo da Reserva Natural Salto Morato - Guaraqueçaba, PR. Curitiba, Dez 2011. MCBRATNEY, A. B. et al. On digital soil mapping. Geoderma, v.17, p.3-52, 2003. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706103002234>. Acesso em: 05 out 2017. 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. NOWATZKI, A. Utilização de atributos topográficos no mapeamento preliminar de solos da Bacia Hidrográfica do Rio Pequeno (Antonina/PR). Curitiba, 113f. Dissertação (Mestrado em Geografia) - Setor de Ciências da Terra, Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2013. NOWATZKI, A.; SANTOS, L. J. C. Mapeamento digital de solos por pedometria com base em atributos topográficos da Bacia Hidrográfica do Rio Pequeno – Paraná. Revista Ra’e Ga. v.32, p. 185-211. Curitiba, dez 2014. ROCHA, C. H.; SILVA, G. M. Levantamento pedológico da área da Fazenda Salto Dourado e sua interpretação como subsídio para Plano de Manejo. Fundação Boticário de Proteção à Natureza (FGB). Curitiba, 1994. SERVIÇO GEOLÓGICO DO PARANÁ (MINEROPAR). Atlas Geomorfológico do Estado do Paraná. Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2006. Disponível em: <http://www.mineropar.pr.gov.br/arquivos/File/2_Geral/Geomorfologia/Atlas_Geomorforlogico_Parana_2006.pdf>. Acesso em: 06 out 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, 153f. Tese (Doutorado em Geografia) - Setor de Ciências da Terra, Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2010. 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. SIRTOLI, A. V. Mapeamento de solos com auxílio da Geologia, Atributos do terreno e Índices espectrais integrados por redes neurais artificiais. Curitiba, 114f. Tese (Doutorado em Geologia Ambiental) - Setor de Ciências da Terra, Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2008. TESKE, R.; GIASSON, E.; BAGATINI, T. Produção de um Mapa Pedológico associando técnicas comuns aos Mapeamentos Digitais de Solos com delineamento manual de unidades de mapeamento. Revista Brasileira de Ciência do Solo. n. 39. Pg 950-959. 2015. TOMLIN, C. D. A Map Algebra. In Proceedings of Harvard Computer Graphics Conference, at Cambridge, Mass, 1983. VEZZANI, F. B.; MIELNICZUK, J. O solo como sistema. 1.ed. Edição dos Autores. Curitiba, 2011. Disponível em: <http://www.dsea.ufpr.br/publicacoes/vezzani_&_mielniczuk_2011_solo_como_sistema.pdf>. Acesso em: 05 out 2017. WILSON, J. P.; GALLANT, J. C. Terrain Analysis: principles and applications. New York: John Wiley & Sons, 2000. ZHOU, Q.; LEES, B.; TANG, G. Advances in Digital Terrain Analysis. Springer, 462p. 2008.