HIDROGEOQUÍMICA DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL NO SOLO DE UMA MESOBACIA NO NORDESTE PARAENSE

HIDROGEOQUÍMICA DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL NO SOLO DE UMA MESOBACIA NO NORDESTE...

(Parte 1 de 5)

Dissertação apresentada à Universidade Federal Rural da Amazônia, como parte das exigências do Curso de Mestrado em Ciências Florestais: Área de Concentração em Manejo de ecossistemas & bacias hidrográficas, para obtenção do título de Mestre.

Orientador: Prof. Dr. Francisco de Assis Oliveira Co-orientador: Prof. Dr. Ricardo de Oliveira

Figueiredo

Costa, Cristiane Formigosa Gadelha da

Hidrogeoquímica do escoamento superficial em solos de uma mesobacia no nordeste paraense/ Cristiane Formigosa Gadelha da Costa. – Belém, 2011.

Dissertação (Mestrado em Ciências Florestais) – Universidade Federal Rural da Amazônia, 2011.

1. Hidrogeoquímica 2. Escoamento superficial 3. Água - qualidade 4. Bacia hidrográfica 5. Parâmetros físico-químicos I. Título.

Dissertação apresentada à Universidade Federal Rural da Amazônia, como parte das exigências do Curso de Mestrado em Ciências Florestais: Área de Concentração em Manejo de ecossistemas & bacias hidrográficas, para obtenção do título de Mestre.

Aprovado em abril 2011. BANCA EXAMINADORA

Prof. Dr. Francisco de Assis Oliveira – Orientador UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA

Prof. Dr. Ricardo de Oliveira Figueiredo – Co-orientador EMBRAPA MEIO AMBIENTE

Prof. Dr. Steel Silva Vasconcelos – 1º Examinador EMBRAPA AMAZÔNIA ORIENTAL

Prof. Dr. Eliene Lopes de Souza – 2º Examinador UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

A Deus, por ser meu amor, força, sabedoria e vida! Aos meus pais pelo apoio e carinho em todos os momentos.

os que esperam no Senhor renovam suas forças, sobem

com asas como águia, correm e não se cansam, caminham e não se fatigam.” Is. 40:31

porém com fé, em nada duvidando...”

“Se, porém algum de vós necessitardes de sabedoria, peça-a a Deus, que a todos dá liberalmente e nada lhe impropera; e ser-lhe-á concedida. Peça-a, Tg. 1:5-6

A Deus, pois tudo que tenho e tudo que sou vem Dele. Aos meus pais Maria das Graças Formigosa Gadelha e Valdeci Gadelha da Costa por sempre me darem todo o apoio nos meus estudos.

Ao Programa de Pós-Graduação “strictu sensu” em Ciências Florestais da Universidade

Federal Rural da Amazônia (UFRA), pela oportunidade de realizar este curso.

À EMBRAPA Amazônia Oriental pelo apoio e estrutura proporcionada para a execução do projeto de pesquisa.

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Ensino Superior – CAPES, pela concessão de bolsa de estudo.

Aos Professores Dr. Francisco de Assis Oliveira (orientador) e Dr. Ricardo de Oliveira

Figueiredo (co-orientador), pela confiança depositada, apoio, horas de conversas e discussões sobre os dados, sempre atentos a qualquer pergunta, sugestão ou dúvida.

Aos Drs. Steel Silva Vasconcelos e Pedro Gerhard, coordenadores dos projetos

“GESTABACIAS - Conservação de recursos naturais em mesobacias hidrográficas na Amazônia Oriental: iniciativas integradoras para promover o planejamento participativo da gestão ambiental no meio rural. Sistemas agroflorestais na Amazônia oriental: potencial de mitigação de efeitos das mudanças climáticas” (Financiado pela EMBRAPA – Macroprograma 2) e “Agricultura familiar e qualidade de água no Nordeste Paraense: Conservação de serviços agro-ecossistêmicos em escala de bacia hidrográfica”, (Financiado pelo CNPQ – CT-HIDRO), pela oportunidade e pelos recursos financeiros para as atividades de campo e laboratório.

Aos professores e colegas de Curso do Programa de Pós-Graduação “strictu sensu” em

Ciências Florestais da Universidade Federal Rural da Amazônia (UFRA). Em especial à Deivison Venicio de Souza, Larissa Santos de Almeida, Ana Paula Lima Baldez, Simone Marinho de Oliveira e Rafaella Fernandes Damasceno Silva pela grande amizade conquistada e palavras confortantes nos momento críticos.

Ao técnico da EMBRAPA Amazônia Oriental, Reginaldo Frazão, pelo apoio em campo, amizade e agradável realização dos trabalhos nas áreas estudadas.

Aos estagiários e amigos do Laboratório de Ecofisiologia da EMBRAPA Amazônia oriental. Em especial à Fabíola Fernandes, Camila Pires, Daniel Barroso e Izabela Santos, pelo apoio em campo, amizade e ensinamentos. Colaborando para um ambiente de trabalho agradável.

Aos agricultores donos das áreas avaliadas na comunidade São João, Sr. Manoel Silva,

Gabriel Silva e Christiano, pela colaboração.

Aos amigos e em especial ao amigo Camilo Ferreira pela amizade, conversas, momentos de força e palavras de motivação.

À secretária da Pós-graduação em Ciências Florestais, Mylena Rodrigues, pelo bom atendimento e serviço eficiente sempre que precisei.

A todos da minha Igreja Profética Sião, sem exceção, pelas orações e palavras ministradas. E a todos que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho.

RESUMO 9 ABSTRACT 10 1 CONTEXTUALIZAÇÃO 1 REFERÊNCIAS ANEXOS APÊNDICES

2 ESCOAMENTO SUPERFICIAL EM LATOSSOLO SOB DIFERENTES USOS DA TERRA NO NORDESTE PARAENSE 52

3 HIDROGEOQUÍMICA DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL NO SOLO EM ÁREAS DE AGRICULTURA FAMILIAR NA AMAZÔNIA ORIENTAL

CONCLUSÕES GERAIS 95

A hidrogeoquímica do escoamento superficial pode auxiliar em tomadas de decisão direcionadas a gestão de recursos hídricos em bacias hidrográficas, principalmente em áreas com atividades agropecuárias, como o nordeste paraense, em que a sustentabilidade é comprometida pelo inadequado manejo e uso da terra. Com esse intuito elaborou-se a seguinte questão: Qual é o efeito de diferentes ecossistemas (agricultura, sistema agroflorestal, agroecossistema de pastagem, sistema de corte-queima-cultivo-e-pousio) no escoamento superficial no solo em uma mesobacia do nordeste paraense? Objetivou-se avaliar as variáveis hidrogeoquímicas do escoamento superficial em solos de diferentes sistemas de produção agropecuária presentes na mesobacia dos igarapés Timboteua e Buiuna no nordeste paraense com uso predominante de agricultura familiar. Para isso foram feitos monitoramentos de variáveis físico-químicas e avaliação da concentração de ânions inorgânicos no material dissolvido transportado pela chuva o subsequente escoamento superficial, relacionando os processos de escoamento superficial no solo com o uso agrícola da terra e manejo adotado (corte-e-trituração e derruba-e-queima) nos seguintes ecossistemas: i) Capoeira de 20 anos (CP); i) Sistema agroflorestal (SAF) - derruba-e-queima (SQ); ii) Sistema agroflorestal (SAF) - corte-e-trituração (ST); iv) Agroecossistema de Roça - corte-etrituração (RT); v) Agroecossistema de Roça - derruba-e-queima (RQ); vi) Agroecossistema de Pastagem (PQ). O experimento consistiu de três parcelas experimentais (1m2) de escoamento superficial em cada um dos 6 ecossistemas (totalizando 18 parcelas de tratamento), e foram instalados em um local próximo dos ecossistemas três coletores de água de chuva e dois pluviômetros. O monitoramento ocorreu no período de janeiro a junho de 2010, em que foram coletadas ao todo 234 amostras água de chuva e de escoamento superficial. O capitulo 1 na avaliação da influência das mudanças nos usos da terra e no manejo do solo nas perdas de água em parcelas de escoamento superficial em solos, apresentou as maiores somas totais de volume escoado no [PQ] (34,79mm) e SAF [ST] (15,25 m). O capítulo 2 apresentando a avaliação das condições de qualidade da água de escoamento superficial no solo, através de medições de condutividade elétrica e pH, evidenciou pH mais ácido nas amostras de água da chuva, seguido pelo [CP] e [SQ], que pode estar relacionado à concentração de material orgânico em decomposição. O capítulo 3 com a análise da presença de ânions (Cl-, NO3-, PO4 3-, SO4

2-) no material dissolvido transportado pela chuva e escoamento superficial, sugeriu significativa correlação moderada do pH com os ânions, sendo o maior valor com o nitrato (ρ=0,448**) e correlação positiva altamente significativa da condutividade elétrica com o cloreto (ρ=0,625**) e sulfato (ρ=0,629**) e negativa com o volume (ρ= -0, 531**). Nos três capítulos foi observada a influência do uso da terra e tipos de manejo, dos diferentes ecossistemas avaliados, no volume escoado nas parcelas, nos parâmetros físico-químicos (pH; CE) e na presença de ânions no escoamento superficial.

Palavras-chave: Hidrogeoquímica, escoamento superficial, uso da terra, ânions.

The hydrogeochemical of the overland flow can assist in decision-directed management of water resources in river wathershed, especially in areas with agricultural activities, such as the northeast of Pará, that sustainability is compromised by inadequate management and land use. In face of this we elaborated the following question: What is the effect of different agricultural production systems on the runoff in a northeastern Pará watershed? It was evaluated some hydrogeochemical variables of the overland flow at different agricultural systems in the watershed of Timboteua and Buiuna streams situated in the northeast of Pará state, a region where family farming is the main land use. Physico-chemical variables and dissolved inorganic anions concentrations were measured in the material transported by rainwater and overland flowat soils of agricultural fields with different management types (chop-and-mulch and slash-and-burn) in the following ecosystems: i) 20 years Secondary forest (“Capoeira”)(CP), i) Agroforestry system (SAF) - slash-and-burn (SQ), ii) Agroforestry System (SAF) - chop-and-mulch (ST), iv ) Agroecosystem - chop-and-mulch (RT), v) Agroecosystem - slash-and-burn (RQ), vi) Cattle Pasture Agroecosystem - slash-andburn (PQ). The experiment consisted of three overland flow plots (1m2) in each one of the six ecosystems (totaling 18 plots). Also it were installed three collectors of rainwater and two rain gauges near by the ecosystems. Monitoring was done from January to June 2010, being collected 234 samples rainwater and runoff. In the first chapter, assessing the influence of land use and soil management to water losses by overland flow, we measured the highest runoff total volumes at [PQ] (34,79 m) and SAF [ST] (15,25 m). In the Chapter 2, monitoring the physico-chemical aspects of the overland flow, we could see that rainwater samples where the most acid ones , followed by [CP] and [SQ] samples, what can be related to organic matter sources. Finally at Chapter 3, regarding to the anions (Cl-, NO3-, PO4 3-,

SO4 2-) concentrations in the rainwater and overland flow, it is likely a moderate and positive correlation of pH with the anions, being stronger with the nitrate (ρ = 0.448 **), as well as a positive correlation of electrical conductivity with chloride (ρ = 0.625 **) and sulfate (ρ = 0.629 **) and a negative one with the volume (ρ = -0, 531 **). In summary it was observed the influence of land use and management types at the different studied ecosystemsto the overland flow volume, and its physico-chemical parameters (pH, EC) and anions concentrations.

Keywords: Hydrogeochemistry, runoff, land use, anions.

1. CONTEXTUALIZAÇÃO

A água é considerada como uma das bases do desenvolvimento da sociedade moderna e, por isso, a qualidade e o seu uso sustentável tem suscitado grande preocupação. A qualidade da água dos rios de áreas naturais é resultado das influências do clima, geologia, fisiografia, solos e vegetação da bacia hidrográfica (FORTESCUE, 1980). Esses componentes comuns da paisagem são importantes na dinâmica de nutrientes e no ciclo hidrológico em diferentes tipos de ecossistemas terrestres.

Em áreas onde atividades antrópicas são desenvolvidas, como a agricultura, o uso do solo interfere nas características físicas, químicas e biológicas da água. Nas bacias com ecossistema de floresta natural, por exemplo, a vegetação promove a proteção contra a erosão dos solos, a sedimentação, a lixiviação excessiva de nutrientes e a elevação da temperatura da água (SOPPER, 1975). Ou seja, os rios são coletores naturais das paisagens, refletindo o uso e ocupação do solo de sua respectiva bacia hidrográfica.

Em estudos ambientais, há uma tendência à escolha da bacia hidrográfica como unidade de investigação, por apresentar área com limites topográficos definidos e uma interação intrassistêmica, entre atmosfera e vegetação, plantas e solo, rocha e água subterrânea, cursos d'água ou lagos e suas áreas circundantes (MOLDAN e CERNÝ, 1994).

Nos últimos anos, estudos ambientais e socioeconômicos realizados na parte leste do

Estado do Pará, localizada no denominado “arco do desflorestamento” da Amazônia, têm demonstrado impactos negativos do processo de ocupação espacial da região sobre a sustentabilidade do uso da terra e a conservação de recursos naturais (WATRIN; VENTURIERI; SAMPAIO, 1998). As atividades agropecuárias têm se expandido, para áreas de vegetação ripária, resultando em redução da qualidade da água em microbacias hidrográficas dessa região (FIGUEIREDO et al., 2006; METZGER, 2002; KATO et al., 2004; LIMA; SOUZA; FIGUEIREDO, 2007; ROSA, 2007; VIEIRA; TOLEDO; ALMEIDA, 2007).

Na Amazônia, a prática agropecuária da agricultura itinerante ou migratória está amplamente difundida na produção de base econômica familiar. Normalmente é utilizado o sistema tradicional da agricultura, chamado de derruba-e-queima, caracterizado pelo uso de uma área por um a dois anos, seguido por vários anos de pousio (SCHMITZ, 2007). A vegetação secundária (capoeira) se desenvolve para, após algum tempo, ser transformada em

“fertilizante” por meio da prática agrícola de queima para o próximo período de cultivo (KATO et al., 2010).

Por causar perdas de nutrientes, emissões nocivas de gases à atmosfera, contaminação dos mananciais hídricos e riscos de incêndio, a agricultura itinerante vem sendo muito discutida pela sociedade em geral (BROWN, 1988; SOMMER et al., 2004; MORAN, 1990; HÖLSCHER et al., 1997; NEPSTAD; MOREIRA; ALENCAR, 1999). Visto que setores de produção agrônomica negligenciam a necessidade do balanço energético na produção para verificar a eficiência da utilização da energia utilizada ou desperdiçada. Assim, a possibilidade das gerações futuras atenderem suas próprias necessidades fica comprometida (GIORDANO, 1995).

Na pespectiva da agricultura sustentável, processos que aperfeiçoam sistemas produtivos tradicionais, que normalmente não têm um manejo conservacionista dos solos e fazem uso inadequado de agrotóxicos e de fertilizantes minerais e orgânicos, são cada vez mais necessários para maximização e otimização da utilização dos recursos naturais na agricultura.

Segundo Holanda (2003) e Gliessman (2001) em termos de sistemas é possível a interação do ecossistema aberto, como o de produção agrícola, com a natureza e com a sociedade, através do desenvolvimento de um sistema alimentar sustentável, que trabalha a eficiência do processo de conversão de recursos naturais na produção agrícola. Esses se posicionam na interface entre os sistemas naturais e sociais, e que não somente agem como fonte de inputs (insumos), mas também como dreno de outputs (produção).

O movimento da água na superfície dos ecossistemas terrestres age como transportador de massa pelo ciclo hidrológico. Por sua vez, é um dos ciclos biogeoquímicos mais importantes para a manutenção dos ecossistemas, caracterizado por conter um conjunto ativo de pequenos reservatórios atmosféricos, vulneráveis às pertubações antrópicas (ODUM, 1988).

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