Baixe Papel da floresta e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Florestal, somente na Docsity! O papel da fl oresta no ciclo hidrológico em bacias hidrográfi cas The forest role in the hydrological cycle at hydrological basins Rafaelo Balbinot1 Nayara Kaminski de Oliveira2 Suelen Cristina Vanzetto3 Keylla Pedroso4 Álvaro Felipe Valerio5 Resumo Os recursos hídricos são de importância econômica e estratégica para o desenvolvimento regional e o estudo destes recursos, por meio de monitoramento, torna-se essencial para um bom planejamento, gerenciamento e uso destes recursos. As bacias hidrográficas são vulneráveis a alterações da vegetação, pois essas alterações interferem nas propriedades do solo, refl etindo nas propriedades da água dos rios, ou seja, a presença ou não de vegetação pode infl uenciar nas características da água e no ciclo hidrológico em um manancial, o que é de fundamental importância para a sustentabilidade do ambiente. No entanto, para atingir um nível desejável de preservação destes recursos, é necessário o desenvolvimento de estudos voltados ao monitoramento e análise dos principais componentes do ciclo hidrológico. Sendo assim, este trabalho tem por objetivo fazer uma revisão bibliográfi ca para analisar os fatores que têm infl uência sobre as bacias hidrográfi cas, em especial o papel da vegetação e de que maneira ela interfere na dinâmica 1 M.Sc.; Engenheiro Florestal; Doutorando em Ciências Florestais pela Universidade Federal do Paraná, Prof. Colaborador na Universidade Estadual do Centro-Oeste; E-mail: rbalbinot@yahoo. com.br 2 Acadêmica de Engenharia Ambiental da Universidade Estadual do Centro-Oeste; E-mail: naykaminski@hotmail.com 3 Acadêmica de Engenharia Ambiental da Universidade Estadual do Centro-Oeste; Bolsista de Iniciação Científi ca do CNPq; E-mail: suelen.van@hotmail.com 4 Acadêmica de Engenharia Ambiental da Universidade Estadual do Centro-Oeste; E-mail: kepedroso@hotmail.com 5 Engenheiro Florestal; Mestrando em Ciências Florestais na Universidade Estadual do Centro- Oeste; Bolsista da CAPES; E-mail: alvarofvalerio@yahoo.com.br Ambiência Guarapuava, PR v.4 n.1 p.131-149 Jan./Abr. 2008 ISSN 1808 - 0251 Recebido para publicação em 05/06/06 e aceito em 28/11/07 Ambiência - Revista do Setor de Ciências Agrárias e Ambientais V. 4 N. 1 Jan./Abr. 2008 132 das bacias hidrográfi cas, e qual é a sua importância para a manutenção destas, via processos de interceptação pluviométrica, precipitação interna, escoamento pelo tronco e fl uxos de água no solo. Palavras-chave: fl oresta; ciclo hidrológico; bacia hidrográfi ca. Abstract The water resources are strategically and economically important for local development, and studying these resources through monitoring becomes essential for their good planning, management and use. Hydrological basins are vulnerable to forest changes, because these changes interfere with the soil’s properties, thus reflecting in the features of river waters. Therefore, the presence or not of vegetation may infl uence the characteristics of water and of the hydrological cycle in a spring, which is of great importance for environmental sustaining. Nevertheless, to reach a desirable level of preservation of these resources, it’s necessary to develop studies regarding the monitoring and analysis of main components of the hydrological cycle. This bibliographical review is meant to analyze the factors that infl uence the watersheds, especially the forest’s role, how it interferes with the dynamics of hydrological basins, and what is its importance to maintain them by means of rain interception, internal precipitation, draining trough the trunk and ground water fl ows. Key works: forest; hydrological cycle; basins. Introdução A água é um dos elementos físicos mais importantes na composição da paisagem terrestre, interferindo na fauna e flora, e interagindo com os demais elementos da natureza e seu meio. Conforme a United States Federal Council of Science and Technology referenciada por Tucci (1997), a hidrologia é a ciência que trata da água da Terra, sua ocorrência, circulação e distribuição, suas propriedades físicas e químicas e suas relações com o meio ambiente, incluindo as relações com a vida. Há muito se acreditava, baseando- se nas médias de precipitação maiores em áreas fl orestadas do que em áreas abertas, que a fl oresta contribuía para o aumento da precipitação local por meio da reciclagem das chuvas pelo processo de evapotranspiração. Outro fato que por vezes era mistifi cado é o de que bacias florestadas produzem mais água do que bacias com outro tipo de cobertura vegetal, porém o que acontece realmente é que na bacia com total cobertura fl orestal há uma menor produção de água, mas o fl uxo é mais estável e sustentável do que em outros casos. 135 BALBINOT, R. et al.. para a atmosfera seria cerca de 6x1012 m3. Se comparado com o volume de precipitação média anual para o planeta, isto é, 4,9x1014 m3, a redução estimada na precipitação média anual global seria de apenas 1,3%. Pode-se observar, mesmo que em escala muito pequena, que a fl oresta desempenha importante papel na distribuição de energia e água na superfície, infl uenciando nos processos de interceptação, infi ltração, escoamento superfi cial e erosão. Pode-se dizer então que a simples presença da fl oresta não afeta necessariamente a precipitação sobre a área, e que exceções como a precipitação oculta, isto é, a neblina e a condensação ou o orvalho que respinga das folhas e dos ramos contribuem para a redistribuição da precipitação sob a fl oresta. Efeito de ref lorestamento e desmatamento Os ecossis temas f lorestais , constituídos por parte aérea (árvores) e parte terrestre (solos florestais), desempenham inúmeras funções: (1) mitigação do clima (temperatura e umidade); (2) diminuição do pico do hidrograma (redução de enchentes e recarga para os rios); (3) controle de erosão; (4) melhoramento da qualidade da água no solo e no rio; (5) atenuação da poluição atmosférica; (6) fornecimento do oxigênio (O 2 ) e absorção do gás carbônico (CO 2 ), (7) prevenção contra ação do vento e ruídos, (8) recreação e educação; (9) produção de biomassa e (10) fornecimento de energia. Todas as funções atuam simultaneamente, sendo a maioria baseada na atividade biológica da própria floresta (KOBIYAMA, 2000). Para Lima (1996), as plantações fl orestais, ou seja, a formação de fl orestas a partir de regeneração artifi cial, tem sido estabelecida desde muito tempo na América do Norte e na Europa com o propósito de fornecer madeira para fins industriais. Dessa forma, estão assumindo cada vez mais a importante missão de suprimento de madeira para fi ns industriais e para geração de energia, comparativamente às fl orestas naturais, já escassas e, em geral, ocupando áreas onde sua presença é muito mais importante para fi ns de conservação ambiental. L ima (1996) complementa informando que nas plantações industriais durante o preparo do solo e período de crescimento das mudas, o solo permanece praticamente sem proteção. Os regimes de corte raso ao fi nal do período de rotação são fatores que também podem resultar em perdas consideráveis de solo por erosão. As perdas de solo e de nutrientes prejudicam tanto a qualidade da água quanto a manutenção da produtividade; dessa forma, é muito importante o manejo adequado das plantações fl orestais. Na hidrologia, há o consenso geral indicando que, em relação aos outros tipos de uso da terra, a fl oresta consome mais água e reduz a vazão no rio (HIBBERT, 1967; BOSCH e HEWLETT, 1982). Segundo TRIMBLE et al. (1987), a redução da vazão em bacias hidrográfi cas contendo florestas ocorre em função do aumento das perdas da água devido a evapotranspiração (interceptação + transpiração), sendo a redução maior nos anos secos do que nos chuvosos. Ambiência - Revista do Setor de Ciências Agrárias e Ambientais V. 4 N. 1 Jan./Abr. 2008 136 O s p a r á g r a f o s a n t e r i o r e s mencionaram sobre a relação entre a vazão e a floresta, mas também é importante analisar o efeito da fl oresta no escoamento de base. Usando o método proposto por Nathan e McMahon (1990), Lacey e Grayson (1998) estimaram os valores de escoamento de base de 114 bacias experimentais em Vitória, Austrália, e mostraram que não foi evidente a infl uência do crescimento da fl oresta no escoamento de base. Savenije (1995) mostrou que em áreas semi-áridas a remoção da vegetação reduz a evaporação. O volume total de água transportado pelo canal de um curso de água é formado pelo escoamento superfi cial e pelo afl uxo de água do subsolo, ou escoamento de base. No entanto, o escoamento superfi cial resultante das precipitações é considerado o componente preponderante na formação de cheias ou aumento de vazões dos cursos de água (PINTO et al., 1973). Interceptação vegetal Uma das principais infl uências da fl oresta ocorre já no recebimento das chuvas pelas copas das árvores, quando se dá o primeiro fracionamento da água, onde uma parte é temporariamente retida pela massa vegetal e em seguida evaporada para a atmosfera, processo denominado de interceptação (ARCOVA et al., 2003). A interceptação é a retenção de parte da precipitação acima da superfície do solo, podendo ocorrer devido à vegetação ou outra forma de obstrução ao escoamento. A cobertura fl orestal, através da interceptação, infl uencia a redistribuição da água da chuva, em que as copas das árvores formam um sistema de amortecimento, direcionamento e retenção das gotas que chegam ao solo, afetando a dinâmica do escoamento superfi cial e o processo de infi ltração. Desse modo, o abastecimento das águas é favorecido e a variação de vazão ao longo do ano, reduzida, além do retardamento dos picos de cheia. Alguns pesquisadores afirmam que a floresta nativa, entre os ecossistemas vegetais, atua no ciclo hidrológico de maneira mais signifi cativa, pois proporciona melhores condições de infi ltração da água da chuva (OLIVEIRA JR e DIAS, 2005). A interceptação vegetal depende de vários fatores: características da precipitação e condições climáticas, precipitações anteriores, tipo e densidade da vegetação e período do ano. As características principais da precipitação são intensidade e volume precipitado. Em fl orestas para pequenos volumes de precipitação (< 0,3 mm) todo volume é retido, e para precipitações superiores a 1 mm, de 10 a 40% pode fi car retido (BLACKE, 1975). Na figura 2 são apresentadas curvas para uma determinada vegetação, relacionando total precipitado e interceptado para diferentes intensidades de precipitação. Pode-se observar que para o mesmo total precipitado a interceptação diminui com o aumento da intensidade. A curva número 1 mostra a interceptação para intensidades de precipitação de 0 a 4 mm.hr-1, enquanto que a curva número 2 apresenta valores para intensidade maiores que 4 mm.hr-1. O gráfi co evidencia a redução da interceptação conforme a intensidade 137 BALBINOT, R. et al.. da chuva aumenta. No início da chuva, o primeiro processo a ser levado em conta na avaliação da perda por interceptação é a chamada capacidade de retenção das copas, ou seja, a quantidade de água que é usada para molhar toda a copa. Atingida esta capacidade, com a continuação da chuva, a água começa a gotejar para o solo e a escoar pelos ramos e tronco também em direção ao solo. Esta capacidade de retenção é função da espécie e da parte aérea da biomassa e representa uma quantidade mais ou menos fi xa para uma dada condição. Cessada a chuva esta água retida nas copas será evaporada. Em geral as folhas não são capazes de absorver grande quantidade de água em sua superfície. Portanto, cada folha apresenta apenas uma determinada capacidade de retenção, que será em função de seu tamanho, sua confi guração, composição e outros fatores relativos ao processo, tais como viscosidade da água, intensidade da precipitação e dos ventos (pressões externas sobre as folhas) (MOLCHANOV, 1963). O mesmo autor afi rma que a perda por interceptação de uma cobertura fl orestal pode ser separada em dois componentes: evaporação das copas e evaporação do piso. Este último componente, bem menor, geralmente não é considerado nos estudos. Coelho Neto (1985) observou também que a interceptação florestal aumenta na estação menos chuvosa (maio- agosto), refl etindo as mudanças tanto nas características das chuvas, menos intensas, como na quantidade de água utilizada pela vegetação. Arcova et al. (2003), analisando os níveis de interceptação em uma bacia experimental na Mata Atlântica, observaram que uma maior parte das chuvas atinge o piso fl orestal no período chuvoso, chegando a ordem de 85% do total incidente na área. No período pouco chuvoso, a penetração das chuvas no dossel Figura 2. Relação entre interceptação-intensidade da precipitação (BLACKE, 1975) Ambiência - Revista do Setor de Ciências Agrárias e Ambientais V. 4 N. 1 Jan./Abr. 2008 140 Fluxos de água no solo As características do solo e da água, os fenômenos de entrada de água pela superfície, bem como a transmissão através do perfi l e a depleção da capacidade de armazenamento do solo definem a infiltração e o escoamento na superfície do terreno. Quando a camada superficial do solo sofre compactação, a água penetra com maior difi culdade, mesmo que o perfi l do solo apresente condições favoráveis à percolação, fenômeno caracterizado pelos movimentos realizados pela água no interior do solo após a infi ltração. Vallejo (1982), em seu estudo realizado na Floresta da Tijuca, concluiu que a vegetação pode influenciar na camada superfi cial do solo, pois sua presença juntamente com o litter, ou camadas de matéria orgânica em decomposição, acaba protegendo o solo contra a compactação por gotas de chuva, por exemplo. O piso fl orestal, no caso a serapilheira, tem papel fundamental no que diz respeito a esse processo, mantendo condições ideais à infi ltração e diminuindo o impacto causado pelas gotas ao atingirem o solo. Quanto ao armazenamento de água na serapilheira fl orestal, Vallejo (1982) e Coelho Neto (1985) mostraram que a capacidade de retenção de água varia entre 130% a 330% em relação ao peso seco. Laws (1941) mostrou que as gotas de chuva atingem 95% de sua velocidade terminal após caírem de cerca de 8 metros de altura. Desta forma, se as copas das árvores ultrapassarem esta altura, o efeito protetor da cobertura fl orestal sobre a velocidade de queda das gotas é mínimo. O piso fl orestal termina por ter infl uência primordial quanto à compactação do solo por gotas d’água. O corte raso e a colheita de forma desordenada das árvores de uma determinada fl oresta, o arraste de madeira e o excesso de trafegabilidade de máquinas de grande porte, representam a principal causa das modifi cações na capacidade de infi ltração do solo. Arend (1942), estudando a infi ltração média em parcelas apresentando diferentes condições de piso fl orestal, observou que o piso fl orestal intacto tinha uma infi ltração média de 59,9 mm.h-1, já o piso removido mecanicamente possuía uma infi ltração média de 49,3 mm.h-1, o piso queimado anualmente 40,1 mm.h-1, e a pastagem degradada apresentou a infi ltração de 24,1 mm.h-1. Borges et al. (2005) encontraram valores médios de permeabilidade para diferentes usos do solo. Na área ocupada por fl orestas houve infi ltração de 94,81 mm.h-1, a área acupada por eucalipto apresentou infiltração de 72,11 mm.h -1, 36,01 mm.h-1 em área com agricultura (cana- de-açúcar), e 8,95 mm.h-1 em pastagem. Dependendo da forma do sistema radicular das árvores, pode-se ter uma menor ou maior aeração e principalmente infi ltração de água até as camadas mais profundas do solo. De acordo com Johnson (1940), a remoção do piso fl orestal reduz a capacidade de infi ltração em cerca de 40%. Um estudo realizado por Lull (1963), na Pensilvânia, analisando a infiltração em diferentes fases sucessionais, mostrou que a infi ltração é maior na fl oresta clímax onde se registrou 141 BALBINOT, R. et al.. a infi ltração média de 76,2 mm.h-1; já na fl oresta de pinheiro com 60 anos a infi ltração foi de 62,7 mm.h-1, na fl oresta de pinheiro com 30 anos foi de 74,9 anos e na pastagem abandonada observou-se infi ltração de 42,7 mm.h-1. De modo geral, pode-se dizer que a taxa de infi ltração é diretamente proporcional à densidade e à idade do povoamento como também ao tamanho da cobertura fl orestal. Ou seja, quanto maior a cobertura e a densidade, e mais idade possuir a fl oresta, maior será a infi ltração. Conforme Schumacher e Hoppe (1998), no Brasil, a erosão carrega anualmente 500 milhões de toneladas de solo, o que corresponde a uma camada de solo de 15 cm numa área de 280.000 ha. Esse material acaba por se depositar nos rios e cursos d’água, causando uma elevação nos seus leitos e provocando enchentes. A fl oresta, portanto, desempenha importante papel na redução da erosão. Estudos feitos em uma bacia hidrográfi ca experimental no Tennessee com 23% da área ocupada por fl orestas e o restante por pastagens, constataram que o escoamento superfi cial atingiu 90% e as perdas do solo foram de 61 ton.ha -1.ano -1. Após 20 anos, estando toda a bacia fl orestada com Pinus sp. o escoamento superficial reduziu para 18% e as perdas do solo por erosão foram reduzidas para 1,2 0 ton.ha-1.ano-1 (HURSH, 1948). Em estudo realizado em Santa Maria-RS, por Silva (1997), sobre a avaliação das perdas de água e de solo em decorrência de diferentes sistemas de manejo dos resíduos da fl oresta de acácia negra em terreno levemente ondulado, verificou-se que a cobertura vegetal realmente desempenha importante papel no que se refere à amenização dos problemas decorrentes da erosão (Tabela 2). Burger (1976) observou que o escoamento superficial da água é inversamente proporcional à cobertura fl orestal (Tabela 3). Depois de infiltrar no solo, a água pode deixar a bacia hidrográfi ca de forma rápida através do processo de escoamento sub-superficial, percolar Tabela 2. Perdas de água e solo em fl orestas, resíduos e queima de acácia negra – Período de Janeiro a Outubro de 1996 Tratamentos Perda de água (mm) Perda de solo (kg.ha-1) Corte raso e queima 181,81 9.191,80 Resíduos de acácia negra 50,19 35,40 Floresta de acácia 41,16 8,10 Fonte: Silva (1997) Tabela 3. Relação entre a área com cobertura fl orestal e o escoamento superfi cial Cobertura fl orestal em % Escoamento superfi cial em % 0 100 8 77 40 58 90 43 100 25 Fonte: Burger (1976) Ambiência - Revista do Setor de Ciências Agrárias e Ambientais V. 4 N. 1 Jan./Abr. 2008 142 em direção ao aqüífero, ou fazer parte do reservatório do solo tornando-se disponível à absorção pelas plantas. A cobertura florestal geralmente reduz o nível da água do solo mais do que qualquer outra cobertura vegetal. O movimento da água do solo é normalmente descrito através da equação geral de fl uxo de massa: Fluxo = (condutividade).(força impulsora), que é aplicada tanto em condições de saturação, quanto de não-saturação. A condutividade representa a medida de permeabilidade intrínseca do meio poroso e a força impulsora decorre da existência de um gradiente de potencial, o qual depende da tensão e da gravidade. São variáveis que dependem das características e condições específi cas de solo, relevo e clima (LIMA, 1986). Em áreas de topografi a acentuada, como nas bacias hidrográfi cas de regiões montanhosas, o potencial gravitacional da água do solo é função, evidentemente, da diferença de elevação entre o ponto considerado e a saída da bacia. Isto signifi ca que o gradiente de potencial do fl uxo não saturado será maior nestas áreas. Portanto o solo e o substrato drenam mais rapidamente. Este fato tem importantes implicações para o entendimento do processo de geração do deflúvio nas bacias hidrográficas fl orestadas de mananciais. Durante os períodos com pouca ou sem chuva, a água do solo percola lentamente em direção ao aqüífero, que alimenta o defl úvio da bacia. Em períodos chuvosos a infi ltração é alta e as camadas superfi ciais do solo tendem a adquirir condições de saturação. Nestas condições, à medida em que a frente de molhamento estende-se em direção a camadas mais profundas ou de menor permeabilidade do solo, a direção do fl uxo da água na camada saturada do solo superfi cial é desviada ao longo da declividade do terreno, resultando no chamado escoamento subsuperfi cial ou interfl uxo, que é responsável pela elevação rápida do deflúvio da bacia (HEWLETT, 1969). De acordo com Shpak (1971), na estação de crescimento as camadas superfi ciais em áreas abertas secam mais rapidamente do que em áreas fl orestadas, ao contrário do outono, onde as camadas mais profundas do solo são mais secas sob fl orestas do que em áreas abertas. Troendle (1970) observou que nas áreas de fl oresta folhosa mista da região dos Apalaches, as perdas de água do solo foram maiores sob fl orestas do que sob solo nu. Outros trabalhos, como os de Fletcher e Lull (1963), confi rmam que o défi cit de água foi maior nas áreas fl orestadas do que nas áreas de vegetação de menor porte. Um estudo realizado por Gifford e Shaw (1963) comparou áreas de vegetação arbórea natural antes e depois da eliminação da vegetação. Observaram que os diferentes horizontes do solo apresentavam maior teor de umidade nas áreas após a retirada da vegetação. Em habitats onde o lençol freático se encontra bem superficial, como áreas alagadiças e encostas de rios, sangas, lagos, etc., a floresta, pela sua evapotranspiração, auxilia no rebaixamento deste lençol. Alguns trabalhos têm apontado que quando ocorre a remoção da fl oresta, o lençol tende a subir novamente (LIMA, 1996). 145 BALBINOT, R. et al.. Os resultados evidenciam a diferença na quantidade de água evapotranspirada mesmo que para mesmos tipos fl orestais, tanto em florestas de baixa altitude quanto em florestas de montanha. Estudando a bacia hidrográfi ca do rio Debossan em Nova Friburgo - RJ, que fi ca inserida em um fragmento de Floresta Ombrófi la Densa, Cardoso et al. (2006) encontraram o valor médio de evapotranspiração de 88% da precipitação média para o período de um ano. O valor máximo de evapotranspiração observado foi de 94% da precipitação registrada no referido mês, e o mínimo de 57% do total precipitado no mês. Conclusões Verifi cou-se que a presença ou não da vegetação e que o tipo de vegetação têm grande infl uência na distribuição da água em um manancial. Para analisar os efeitos desta vegetação sobre a quantidade de água ofertada em uma bacia hidrográfi ca, deve-se estudar sua infl uência nos vários compartimentos do processo, interceptação, precipitação interna, escoamento pelo tronco e fl uxos de água no solo, por exemplo, e não somente o defl úvio fi nal da bacia. Foi possível constatar também que a fl oresta em si não tem contribuições significativas quanto ao volume de precipitação de um dado local, porém quando se trata dos efeitos da fl oresta sobre outros aspectos, como regulação do microclima e preservação do solo, esta se torna imprescindível. Ainda neste trabalho foi possível observar exemplos em que substituição da vegetação nativa, por plantações fl orestais aumentou a produção d’água na bacia, por diminuir a perda por interceptação. Porém, é um fato que deve ser estudado em todo o ciclo de rotação da plantação, para que se avalie também os efeitos do corte raso e do período de estabelecimento da fl oresta plantada, onde a proteção do solo fi ca comprometida. No que diz respeito à conservação do solo é inegável a proteção exercida pela cobertura vegetal viva (fl oresta) e também pela morta (serapilheira), e estas características podem ser empregadas no manejo de bacias hidrográfi cas, para produção de água de boa qualidade. Dada a importância e necessidade de se verifi car a infl uência da vegetação (fl oresta) sobre o ciclo hidrológico, a presente revisão possibilita a melhor compreensão dos processos hidrológicos envolvidos no sistema, e demonstra a necessidade de mais estudos sobre a relação destes fatores em nossas fl orestas, pois apesar do que já se sabe, sobre a infl uência da vegetação sobre o ciclo hidrológico em bacias hidrográfi cas, cada situação tem suas particularidades que devem ser levadas em conta no momento de se executar qualquer intervenção. Ambiência - Revista do Setor de Ciências Agrárias e Ambientais V. 4 N. 1 Jan./Abr. 2008 146 Referências ARCOVA, F.C.S.; LIMA, W.P.; CICCO, V. Balanço hídrico de duas microbacias hidrográfi cas no Laboratório de Hidrologia Florestal Walter Emmerich, São Paulo. Revista Instituto Florestal, São Paulo, v.10, n.1, p.39-51, 1998. ARCOVA, F.C.S.; CICCO, V.; ROCHA, P.A.B. 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