Mapeamento da erodibilidade e erosão potencial do solo em uma bacia hidrográfica de encosta / Mapping of erodibility and potential soil erosion in a hillside watershed

RESUMO O objetivo deste estudo foi estimar o potencial de perda de solo por meio da equação universal de perda de solo e identificar os fatores que controlam o processo erosivo em uma bacia hidrográfica de encosta. O fator erosividade da chuva (R) foi calculado por meio de dados normais de precipitação, obtendo-se, assim, índices mensais de erosão. O fator erodibilidade do solo (K) foi obtido a partir de uma amostragem de solo realizada por meio de uma malha de 340 pontos, na qual os valores foram interpolados pelo método da krigagem ordinária. O fator topográfico (LS) foi gerado a partir do Modelo Digital de Elevação (MDE), já os fatores uso e manejo e práticas conservacionistas (CP) foram obtidos por meio de observações de campo e valores tabelados. As maiores taxas de perdas abrangem 27% da área e se concentram em locais de maiores declividades nos quais predominam solos rasos, como Neossolos Litólicos e Neossolos Regolíticos. O fator LS determinou a magnitude do processo erosivo e o fator CP apresentou a maior relação com o controle das perdas de solo. Os resultados encontrados mostram a importância do fator cobertura do solo, em que medidas de manutenção da vegetação e práticas conservacionistas devem ser adotadas e consideradas pelos gestores ambientais em regiões de encosta com predomínio de solos rasos associados a relevo declivoso.

ABSTRACT The objective of this study was to estimate the soil loss potential through the universal soil loss equation and to identify the factors that control the erosive process in a hillside watershed. Rainfall erosivity factor (R) was calculated through normal precipitation data, thus obtaining monthly erosion indexes. The soil erodibility factor (K) was obtained from a soil sampling in an irregular grid of 340 points, in which the values were interpolated by the ordinary kriging method. The topographic factor (LS) was generated from the Digital Elevation Model (MDE) and the use and management and conservationist practices factors (CP) through field observations and tabulated values. The highest loss rates cover around 27% of the area, and are concentrated in places with higher slopes where shallow soils such as Litolics Neosols and Regolithic Neosols predominate. The LS factor determined the magnitude of the erosive process and the CP factor showed the highest relation with the soil loss control. The results found show the importance of the cover-management factor, in which measures of vegetation maintenance and conservation practices should be adopted and considered by the environmental managers in hillside regions with predominance of shallow soils associated to slope relief.

Modelagem espacial da erosão hídrica do solo associada à sazonalidade agroclimática na região sul do Rio Grande do Sul, Brasil / Spatial modeling of soil water erosion associated with agroclimatic seasonality in the southern region of Rio Grande do Sul, Brazil

RESUMO A erosão hídrica constitui um sério problema de degradação do solo, com impacto em diversas áreas. Sua mensuração é de extrema importância e onerosa. Os modelos empíricos de estimativa de perdas de solo, como a Equação Universal de Perda de Solo Revisada (RUSLE), são utilizados para suprir essa demanda. Consideram-se poucos estudos no Brasil que avaliam o efeito da sazonalidade agroclimática nas estimativas de perda de solo por erosão hídrica em bacias hidrográficas. Dessa forma, o objetivo deste estudo foi avaliar a sazonalidade agroclimática na estimativa de perdas de solo por meio da RUSLE e identificar os fatores que controlam a erosão na Bacia Hidrográfica do Arroio Fragata (BHAF). O fator erosividade da chuva (R) e a média anual de precipitação foram calculados por meio de dados de quatro estações pluviométricas.. O fator erodibilidade do solo (K) foi obtido a partir de informações de solo. O fator topográfico (LS) foi gerado com base no modelo digital de elevação (MDE) e o fator cobertura do solo e práticas conservacionistas (CP) por meio de imagens do satélite Landsat8/OLI. A variação sazonal teve efeito na perda de solo, com maiores taxas de erosão no período de verão e primavera. Perdas de solo entre 5 e 50 Mg ha-1ano-1 foram registradas em 24% da BHAF, associadas a períodos de chuvas mais erosivas, maior declividade e baixa cobertura vegetal. Os fatores da RUSLE com maior contribuição na erosão foram R, LS e CP. A abordagem apresentada pode ser útil para quantificar as perdas de solo em bacias hidrográficas.

ABSTRACT Water erosion is a serious soil degradation problem, with impact in several areas. Its measurement is extremely important and costly. Empirical models of soil loss estimation, such as the revised universal soil loss equation (RUSLE), are used to meet this demand. Few studies in Brazil are considered to evaluate the effect on agroclimatic seasonality in the estimates of soil loss due to water erosion in watersheds. Thus, the objective of this study was to evaluate the agroclimatic seasonality in the estimation of soil losses through RUSLE and to identify the factors that control erosion in the watershed of the Fragata stream. Rainfall erosivity (R) was calculated by means of precipitation data for four seasons and annual average. The soil erodibility factor (K) was obtained from soil information. The topographic factor (LS) was generated from the Digital Elevation Model (MDE) and the soil cover factor and conservationist practices (CP) through Landsat8/OLI satellite images. Seasonal variation had an effect on soil loss, with higher erosion rates in the summer and spring months. Soil losses between 5 and 50 Mg ha-1ano-1 were recorded in 24% of the BHAF, associated with periods of more erosive rainfall, higher slope and low vegetation cover. RUSLE factors with the greatest contribution to erosion were R, LS, and CP. The approach presented can be useful in quantifying soil losses in river basins.

Uso de coberturas alternativas do solo para o controle das perdas de solo em regiões semiáridas / Use of alternative soil covers for the control of soil loss in semiarid regions

RESUMO A região semiárida do nordeste brasileiro é marcada por elevadas incertezas quanto à ocorrência de chuvas intensas, bem como por anos sequenciados de secas. Esses fenômenos naturais, somados à reduzida utilização de práticas conservacionistas, podem gerar degradação dos solos. Nesse contexto, o presente estudo objetivou avaliar a importância do uso de cobertura morta e espécies de oleaginosas não convencionais perenes (Moringa oleifera Lam. e Azadirachta indica A. Juss.) no controle da erosão do solo em parcelas de erosão, em condições de chuvas naturais. O estudo realizou-se durante os anos de 2016 e 2017 na bacia representativa do Mimoso, localizada no município de Pesqueira (PE), Brasil. Na área de estudo, instalaram-se três parcelas de erosão, cada uma com área igual a 40 m2 (2 × 20 m), que foram intensamente monitoradas no tocante à intensidade de precipitação, à umidade e à temperatura do solo, ao escoamento superficial e à produção de sedimentos. Para cada parcela experimental, adotaram-se os seguintes tratamentos: oleaginosas; oleaginosas + cobertura morta; solo descoberto. A cobertura do solo com oleaginosas e cobertura morta resultou em maior retenção de umidade do solo e menores valores de escoamento superficial e perdas de solo. O desenvolvimento da estrutura das oleaginosas diminuiu o impacto direto das gotas de chuva no solo, reduzindo as perdas de solo quando comparadas ao descoberto.

ABSTRACT The semiarid region of the Brazilian Northeast is marked by strong uncertainties regarding the occurrence of extreme rainfall, as well as the occurrence of sequenced year droughts. These natural phenomena, together with limited use of soil and water conservation practices, can generate soil degradation. In this context, the present study aimed to evaluate the importance of the use of mulch and non-conventional perennial oleaginous species (Moringa oleifera Lam. and Azadirachta indica A. Juss.) in soil erosion plots under natural rainfall. The study was conducted during the years of 2016 and 2017 in the representative basin of Mimoso, located in the municipality of Pesqueira, Pernambuco, Brazil. Three erosion plots each with an area of 40 m2 (2 m × 20 m), were installed in the study area, which were intensively monitored for rainfall intensity, soil moisture and temperature, runoff and sediment production. For each experimental plot, the following treatments were adopted: Oleaginous; Oleaginous + mulch; Bare soil. Soil cover with oleaginous species and mulch resulted in higher soil moisture and lower amounts of runoff and soil loss. The development of the tree structure of the oleaginous reduced the direct impact of raindrops on the soil surface, reducing the soil losses when compared to the bare soil.

Multitemporal analysis of estimated soil loss for the river Mourão watershed, Paraná – Brazil / Análise multitemporal da perda de solo estimada para a bacia hidrográfica do rio Mourão, Paraná – Brasil

The multitemporal behavior of soil loss by surface water erosion in the hydrographic basin of the river Mourão in the center-western region of the Paraná state, Brazil, is analyzed. Forecast was based on the application of the Universal Soil Loss Equation (USLE) with the data integration and estimates within an Geography Information System (GIS) environment. Results had shown high mean annual rain erosivity (10,000 MJ.mm.ha–1.h–1.year–1), with great concentration in January and December. As a rule, soils have average erodibilities, exception of Dystroferric Red Latisol (low class) and Dystrophic Red Argisol (high class). Although the topographic factor was high (>20), rates lower than 1 were predominant. Main land uses comprise temporal crops and pasture throughout the years. The watershed showed a natural potential for low surface erosion. When related to usage types, yearly soil loss was also low (<50 ton.ha–1.year–1), with more critical scores that reach rates higher than 150 ton.ha–1.year–1. Soil loss over the years did not provide great distinctions in distribution standards, although it becames rather intensified in some sectors, especially in the center-eastern and southwestern sections of the watershed.

Resumo Este estudo visa analisar o comportamento multitemporal da perda de solo por erosão hídrica laminar na bacia hidrográfica do rio Mourão, localizada na região centro-ocidental do Estado do Paraná – Brasil. A predição foi baseada na aplicação da Equação Universal de Perdas de Solo (USLE), com integração dos dados e estimativas realizados em ambiente SIG (Sistema de Informações Geográficas). Os resultados mostram elevada erosividade da chuva média anual (10.000 MJ.mm.ha–1.h–1.ano–1). Os solos apresentam, em geral, média erodibilidade, com exceções do Latossolo Vermelho Distroférrico (classe baixa) e o Argissolo Vermelho Distrófico (classe alta). O fator topográfico atingiu índices elevados (>20), no entanto, predominaram os valores inferiores a 1. Os tipos de usos principais são as lavouras temporárias e pastagem, para todos os anos. A bacia apresentou Potencial Natural a Erosão laminar predominante baixo, quando relacionado aos tipos de usos resultou numa perda de solo anual estimada também baixa (<50 ton.ha–1.ano–1), com pontos mais críticos que atingem valores superiores a 150 ton.ha–1.ano–1. A perda de solo entre os anos não apresentou grandes distinções nos padrões de distribuição, apenas intensificou-se em alguns setores, como nas porções centro-leste e sudoeste da bacia.

Multitemporal analysis of estimated soil loss for the river Mourão watershed, Paraná Brazil

The multitemporal behavior of soil loss by surface water erosion in the hydrographic basin of the river Mourão in the center-western region of the Paraná state, Brazil, is analyzed. Forecast was based on the application of the Universal Soil Loss Equation (USLE) with the data integration and estimates within an Geography Information System (GIS) environment. Results had shown high mean annual rain erosivity (10,000 MJ.mm.ha1.h1.year1), with great concentration in January and December. As a rule, soils have average erodibilities, exception of Dystroferric Red Latisol (low class) and Dystrophic Red Argisol (high class). Although the topographic factor was high (>20), rates lower than 1 were predominant. Main land uses comprise temporal crops and pasture throughout the years. The watershed showed a natural potential for low surface erosion. When related to usage types, yearly soil loss was also low ( 50 ton.ha1.year1), with more critical scores that reach rates higher than 150 ton.ha1.year1. Soil loss over the years did not provide great distinctions in distribution standards, although it becames rather intensified in some sectors, especially in the center-eastern and southwestern sections of the watershed.

Resumo Este estudo visa analisar o comportamento multitemporal da perda de solo por erosão hídrica laminar na bacia hidrográfica do rio Mourão, localizada na região centro-ocidental do Estado do Paraná Brasil. A predição foi baseada na aplicação da Equação Universal de Perdas de Solo (USLE), com integração dos dados e estimativas realizados em ambiente SIG (Sistema de Informações Geográficas). Os resultados mostram elevada erosividade da chuva média anual (10.000 MJ.mm.ha1.h1.ano1). Os solos apresentam, em geral, média erodibilidade, com exceções do Latossolo Vermelho Distroférrico (classe baixa) e o Argissolo Vermelho Distrófico (classe alta). O fator topográfico atingiu índices elevados (>20), no entanto, predominaram os valores inferiores a 1. Os tipos de usos principais são as lavouras temporárias e pastagem, para todos os anos. A bacia apresentou Potencial Natural a Erosão laminar predominante baixo, quando relacionado aos tipos de usos resultou numa perda de solo anual estimada também baixa ( 50 ton.ha1.ano1), com pontos mais críticos que atingem valores superiores a 150 ton.ha1.ano1. A perda de solo entre os anos não apresentou grandes distinções nos padrões de distribuição, apenas intensificou-se em alguns setores, como nas porções centro-leste e sudoeste da bacia.

Erosividade da chuva para o bioma Pantanal / Rainfall erosivity for Pantanal biome

A escassez de dados pluviográficos na região do Pantanal fez com que muitos autores utilizassem equações de regressão obtidas em outras regiões do Brasil para calcular o Fator R da Equação Universal de Perda de Solo (USLE). O presente estudo define equações para a previsão da erosividade em região do bioma Pantanal, correlacionando a erosividade das chuvas calculada pelo índice EI30 e o coeficiente de chuva (Rc). A equação desenvolvida, do tipo potencial, apresenta consistência e correlação significativa com os dados observados, obtendo valor de coeficiente de determinação de 97%. Portanto, a equação de erosividade proposta pode ser utilizada para estimativa do fator R da USLE a partir dos dados mensais e anuais de precipitação da região e de outras regiões com características climáticas semelhantes.

The scarcity of pluviograph data in the Pantanal zone forced many researchers to use regression equations obtained in others regions of Brazil to calculate the R factor of Universal Soil Loss Equation (USLE). This study defines a model to predict the erosivity of the Pantanal Biome correlating the calculated rainfall erosivity index EI30 and the rainfall coefficient (Rc). The model showed a significant correlation with the observed data, yielding coefficient of determination of 97%. Therefore, the rainfall erosivity model proposed can be used to estimate the R Factor of USLE data from monthly and annual precipitation for the region and other regions with similar climatic characteristics.

Valoração ambiental do efeito externo da erosão em duas sub - bacias com diferentes percentuais de mata atlântica / Valuation of environmental effects of erosion in external two sub - watersheds with different percentages of forest atlantic

A equação universal de perda de solo (USLE) vem sendo utilizada para valorar os serviços ambientais de praticas conservacionistas e uso do solo em sub-bacias na quantificação da erosão e aporte de sedimentos. Neste sentido este trabalho objetivou comparar os resultados de perda de solo e de valoração ambiental obtido a partir da USLE com os valores mensurados no exutório de duas sub-bacias. A perda total de solo foi calculada utilizando técnicas de geoprocessamento e transformada em aporte de sedimentos e comparado ao aporte de sedimento observado no exutório da sub-bacias. A produção de sedimentos calculada e observada foi valorada considerando o custo de remoção de sedimentos do sistema de captação de água das microbacias. De forma geral, o modelo utilizado não apresentou bom ajuste para a quantificação do aporte de sedimentos nas sub-bacias Glória e Palmital, superestimando os valores medidos nas respectivas áreas. De acordo com a valoração ambiental pelo custo de retirada de sedimentos observou-se que a microbacia com maior cobertura florestal reduz o aporte de sedimentos e gera mais serviços ambientais reduzindo os custos de retirada de sedimentos na captação de água.

The Universal Soil Loss Equation (USLE) has been used to appraise the environmental services of the conservation practices and land use in sub - watersheds in the quantification of erosion and sediment delivery. In this sense this study compares the results of soil loss and environmental valuation obtained from the USLE model with the values measured in the discharge of water of both watersheds. The total soil loss was calculated using GIS techniques and transformed into sediment delivery and then compared to the production of sediment observed in the discharge watersheds. The sediment production rate was calculated and valued considering the cost of sediment removal from water catchment system. In general, the model used did not show goodfit for quantification of sediment delivery in sub - watersheds Gloria and Palmital, overestimating the values measured in the respective areas. According to evaluation by environmental cost of removing sediment was observed that the more sub ­ watershed forest cover reduces the accumulation of sediments creates more environmental services and reducing the costs of removal of sediment in the water uptake.

Plantas de cobertura no controle da erosão hídrica sob chuvas naturais / Cover plants in water erosion control under natural rainfall

As plantas de cobertura desempenham um conjunto de ações integradas que proporcionam benefícios aos sistemas agrícolas, com destaque para a redução da erosão hídrica que é a principal forma de degradação dos solos brasileiros. Assim, objetivou-se com este trabalho quantificar as perdas de solo, água e o potencial de arraste de sedimentos decorrentes da erosão hídrica, sob chuva natural. Neste experimento foram utilizadas quatro espécies de plantas de cobertura em dois sistemas: consórcio milheto (Pennisetum glaucum (L.) R.Brown) com crotalária (Crotalaria spectabilis Roth) e consórcio de milheto com feijão-guandu (Cajanus cajan (L.) Huth), além do cultivo solteiro do milheto, feijão-guandu, feijão-de-porco (Canavalia ensiformis (L.) DC) e crotalária. Para a quantificação das perdas de solo, água e potencial de arraste de sedimentos do solo utilizaram-se parcelas de 4 x 12 m. Observou-se que os maiores índices de cobertura foram obtidos pelas espécies feijão-de-porco (77,63%), feijão-guandu (64,55%) e pelo consórcio milheto + feijão-guandu (64,11%). As menores perdas de solo foram obtidas pelo cultivo do feijão-guandu (1,27 Mg ha-1), do milheto (1,47 Mg ha-1) e do feijão-de-porco (1,77 Mg ha-1), e as menores perdas de água foram obtidas pelo cultivo do feijão-guandu (37,90 mm), do consórcio milheto + crotalária (40,04 mm) e pelo feijão-de-porco (41,83 mm). Não é possível inferir sobre uma relação entre os índices fitotécnicos e a proteção do solo contra a erosão hídrica.

Cover crops play a set of integrated actions that provide benefits to agricultural systems, with emphasis on reducing water erosion that is the main form of land degradation in Brazil. Thus the aim of this work was to quantify the losses of soil, water and the potential for entrainment of sediment resulting from water erosion under natural rainfall. In this experiment we used four species of cover crops in two systems: intercropping sunn hemp with millet and intercropping millet with pigeon pea, and the cropping to millet, pigeon pea, jack bean and sunn hemp. To quantify the losses of soil, water and the potential for entrainment of soil sediment were used plots of 4 x 12 m. It was observed that the highest rates of coverage were obtained by species jack bean (77.63%), pigeon pea (64.55%) and the consortium millet + pigeon pea (64.11%). The lowest soil loss was obtained by cultivation of pigeon pea (1.27 Mg ha-1), millet (1.47 Mg ha-1) and jack bean (1.77 Mg ha-1), and lowest water loss was obtained by cultivation of pigeon pea (37.90 mm), in the consortium millet + sunn hemp (40.04 mm) and jack bean (41.83 mm). It is not possible to infer a relationship between the rates phytotechnical and protection against soil erosion.

Previsão da perda de solo na Fazenda Canchim - SP (EMBRAPA) utilizando geoprocessamento e o USLE 2D / Loss of soil determination in Fazenda Canchim - SP (EMBRAPA) using geographic information systems and USLE 2D

Os modelos hidrossedimentológicos têm enorme potencial no Brasil para ser a melhor ferramenta de estimativa de perda de solo, devido principalmente a sua complexidade na descrição dos processos e sua robustez que os fundamenta. Entretanto, devido à necessidade de uma quantidade muito grande de informações requerida, aliada a dificuldades de adaptações desses modelos internacionais e necessidade de tempo e estrutura para criação de modelos nacionais, a Equação Universal de Perda de Solo (EUPS) e suas variações ainda são uma referência no Brasil para determinação de perda de solo. Neste trabalho, utilizou-se um atual modelo de cálculo do fator LS, o Software USLE 2D, em conjunto com o IDRISI. A aplicação foi feita na Fazenda Canchim da Embrapa Pecuária Sudeste; consistindo o primeiro trabalho desta natureza realizado nessa área com tais ferramentas. Os resultados obtidos mostraram-se coerentes com os tipos de solo, as declividades e a cobertura vegetal da área de estudo.

The hydrosedimentological models have an enormous potential in Brazil to be the best tool for the estimative of soil lost principally due to their complexity on description of the processes and the robustness that validate them. However, due to a need of a very big volume of required information in connection with the difficulties to adapt the international models and the need of time and structure to create national models, the Universal Soil Lost Equation (USLE) and its variations still are a reference in Brazil to soil lost determination. In this article, a new model to calculate the SL factor, the USLE 2D Software combined with the IDRISI were used. The inedited application was done in Southeast Cattle Breeding Embrapa's Canchim Farm, consisting on the first work of this nature done in this area with such tools. The results obtained were coherent to types of soil, slopes and vegetal cover in the area of study.

Erosão hídrica em latossolo vermelho sob diversos sistemas de manejo do cafeeiro no Sul de Minas Gerais / Water erosion in red latosol under diverse coffee plant management systems at South of Minas Gerais State, Brazil

A erosão hídrica contribui para a redução da sustentabilidade dos sistemas agrícolas. O presente estudo avaliou, sob condições de chuva natural, as perdas de solo, água, nutrientes e matéria orgânica em um Latossolo Vermelho distroférrico típico, com 12 por cento de declividade, localizado na região de Lavras (MG). O trabalho foi conduzido em parcelas experimentais de perdas de solo. Os sistemas de manejo estudados foram: café sob cultivo convencional, com capina manual (CCC); cultivo convencional, com roçado (CCR); cultivo convencional, com utilização de herbicida (CCH); cultivo orgânico, com capina manual (COC); cultivo orgânico, com roçado (COR); e como referência parcela com solo descoberto (SD). Nos sistemas de manejo em que foi mantida a cobertura da vegetação espontânea (roçado), obteve-se maior eficiência de proteção do solo quando comparado aos sistemas onde houve exposição do solo (capina). No sistema com utilização de herbicida, observou-se um comportamento intermediário. Todos os sistemas de manejo estudados se mostraram conservacionistas quanto à proteção do solo em relação à erosão hídrica, onde o espaçamento adensado merece ser enfatizado.

Water erosion reduces the sustainability of agricultural systems. The present study evaluated under natural rainfall, the soil, water, nutrients and organic carbon losses in a typic dystroferric Red Latosol, with 12 percent slope, located at Lavras region, Minas Gerais state, Brazil. The work was conducted in soil losses experimental plots. The studied treatments were: coffee under conventional cultivation with manual weeding (CCC); conventional cultivation with cleared undergrowth (CCR); conventional cultivation with herbicide use (CCH); organic cultivation with manual weeding (COC); organic cultivation with cleared undergrowth (COR); and test plot with bare soil (SD). In the systems where the expontaneous vegetation covers were maintained (cleared undergrowth) there was more efficiency of soil protection than in the systems where there was soil exposition (weeding). The system with herbicide use had an intermediate behaviour. All the management systems showed to be conservative in relation to water erosion, where the dense spacement deserves to be emphasized.