SOL380 - Erosão do Solo

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Aula Teórica 3 – Erosão do Solo
PARTE 1
● 3. Erosão do solo (Hídrica)
3.1. Conceito:
Erosão é resultante de um balanço de longo prazo de todos os processos que destacam
partículas e agregados do solo e os fazem movimentar da sua posição original.
3.2. Efeitos da erosão do solo:
Temos 2 situações onde os efeitos da erosão acontecem.
✔ In situ: uma ação localizada.
✔ Ex-situ: fora da ação do local onde a erosão está efetivamente acontecendo.
Estimativas dos custos de erosão: existem várias referências bibliográficas citando as
estimativas de custos em Dólares/ano, e também, são colocadas quais são as formas de
medidas que fizeram.
3.3. Tipos de erosão:
✔ Erosão geológica: processo construtivo, não influenciado pelo homem (natural), onde
as taxas de formação superam as de remoção do solo, reconhecível com o decorrer de
longos períodos de atividade.
(Ex: Conformação do relevo atual de Viçosa, Chapada da Ibiapaba-CE e as formações
rochosas do Parque Sete Cidades-PI).
✔ Erosão acelerada: processo rápido e destrutivo, iniciado pelo próprio homem, onde as
taxas de remoção superam as taxas de formação ou gênese dos solos.
3.4. Agentes de erosão:
Os principais são:
✔ Água: é o principal agente erosivo, atuando através das chuvas, enxurradas, ondas e
os próprios cursos d’água.
✔ Ventos: a ação dos ventos ocorre pela abrasão de partículas de rochas e solo em
suspensão, sendo muito comum em regiões litorâneas e desertificadas.
✔ Mudanças de temperatura: fraturas/rachaduras nas rochas oriundas das variações de
temperatura entre o dia e a noite, verão e o inverno, etc...
✔ Biológicos: ação de organismos vivos tais como líquens e musgos sobre as rochas,
raízes de plantas etc... possibilitando a ação de outros agentes erosivos como a água
e os ventos. (Favorece uma ação conjunta).
3.5. Fases do processo de erosão:
✔ DESAGREGAÇÃO: forças de coesão entre as partículas do solo, tornando os
agregados mais susceptíveis a fragmentação com o impacto continuado das gotas de
chuva. Enxurradas também desagregam.
✔ TRANSPORTE: as partículas de solo desagregadas pelas gotas podem ser
transportadas pelo salpique (gotículas de chuvas subdivididas e que se deslocam
com o impacto das primeiras gotas) Ex: mudança de cor nas paredes de casas
rodeados por solos expostos... Enxurradas são outro meio de transporte.
✔ DEPOSIÇÃO: reduzida a velocidade e turbulência da enxurrada e encerradas as
chuvas, ocorre a deposição nas porções mais rebaixadas do relevo (assoreamento
de cursos d’água ou reservatórios). Ex: cores das lagoas da UFV após as chuvas...
3.6. Tipos de erosão (Agentes causadores):
✔ Erosão HÍDRICA: causadas por forças ativas (chuvas-gotas), pela declividade e
comprometimento do declive do terreno e a capacidade que o solo tem de absorver
água, e por forças passivas, como a resistência do solo à ação erosiva e a densidade
da cobertura vegetal.
✔ Erosão EÓLICA: ação dos ventos e normalmente associada a regiões planas, poucas
chuvas, onde a vegetação natural não proporciona cobertura efetivada superfície e
sujeita a ventos constantes. (Tempestade de areia-2009-Sydney na Austrália)
3.7. Formas de erosão Hídrica:
- Erosão pelo impacto das gotas de chuva e/ou salpicamento: os agregados são destruídos,
subdivididos em menores partículas, podendo ser transportados por salpicos ou enxurradas
e/ou obstruir poros, também favorecendo a formação de enxurradas.
- Erosão Laminar: finas camadas de solos removidas, pouco notada visualmente, mas
percebida a partir da exposição de raízes de plantas perenes. (Superfície sendo erodida e
provocando o rebaixamento do solo...)
- Erosão em sulcos: resultante da concentração das enxurradas, atingindo volume e
velocidades suficientes para formar sulcos, mais ou menos profundos.
- Erosão em voçorocas: forma espetacular de erosão ocasionada por grandes concentrações
de enxurrada que, ano após ano e no mesmo sulco, se amplia com o deslocamento de
grandes massas de solo, formando grandes cavidades em extensão e profundidade. (Áreas
de transição geológica - instáveis).
- Deslocamentos e escorregamentos de massas de solo: ocasionado, às vezes, por cortes
feios nas bases dos morros bastante inclinados ou em situações de pouca estabilidade
estrutural do solo (região serrana do RJ).
- Erosão em pedestal: Ocorre quando um solo de grande susceptibilidade a erosão
encontra-se protegido da ação de salpicamento por uma pedra ou raízes de árvores, ou seja,
material mais resistente a erosão.
- Erosão em pináculo: caracterizada por deixar altos pináculos no fundo e nos lados das
voçorocas, geralmente associada a condições altamente erosináveis de alguns solos. É um
tipo de erosão sempre associado a sulcos verticais profundos nas voçorocas.
- Erosão em túnel: ocorre em solos sujeitos a erosão em pináculos, formando túneis
contínuos ou canais subterrâneos.
PARTE 2
3.8. Limites aceitáveis ou tolerância de perda de solo
É a média cumulativa de todos os tipos de erosão combinados a partir da qual há uma
significante deterioração das funções do solo e dos seus serviços ecossistêmicos.
Os limites podem ser estabelecidos considerando:
a) Um valor do qual é possível manter o equilíbrio dinâmico da quantidade de solo
(massa ou volume):
Taxa de perda de solo X Taxa de formação do solo
Geral: admite-se que pode se ter até 0,173 mm ano-1 de solo perdido (2,2 t ha-1
ano-1).
Europa: 0,3 ~ 1,4 t ha-1 ano-1 (0,02 ~ 0,11 mm ano-1).
Austrália: 0,20 t ha-1 ano-1 (0,015 mm ano-1) – predominam solos mais
intemperizados.
Criticável pois, solos formados na interface om rocha não é o mesmo solo da superfície.
b) A taxa máxima de perda admitida que permite um alto nível de produção de
biomassa para ser economicamente sustentada indefinitivamente. (É possível ter
perda de solo, mas essa perda de solo não pode comprometer a produção de
biomassa sustentada).
EUA: a taxa admitida de perda de solo é de 4,5 ~ 11,2 t ha-1 ano-1 (USDA).
Europa: 1 t ha-1 ano-1 para solos arenosos e 5 t ha-1 ano-1 para solos profundos
(EEE-EU).
Austrália: 0,85 t ha-1 ano-1 0,65 mm ano-1) – suficiente para manter 75% da produção
máxima por mais de 200 anos.
Alguns estudos com tolerância de perda de solo no Brasil:
- Galindo & Margolis (1989) para solos no estado de Pernambuco: 0,98 ~ 0,09 mm ano-1,
respectivamente para um Latossolo Vermelho-Amarelo, textura argilosa) e Luvissolo Vértico,
textura média/argilosa (Bruno não Cálcico).
(Solos mais intemperizados, admite-se uma perda de solo maior, por ser um solo mais
profundo [Latossolo], enquanto que o Luvissolo Vértico, que é um solo mais novo e menos
intemperizado, profundidade mais limitada, admite uma taxa de perda de solo muito menor).
Utilizaram apenas 2 métodos.
- Bertol & Almeida (2000) para solos de Santa Catarina.
Utilizaram 3 métodos.
Determinaram valores em termos de perdas de solos admitidos em várias classes de solos
presentes no Estado. Notamos que os maiores valores estão tendendo à solos mais
profundos enquanto que solos mais restritos, temos uma tolerância de perda de solos
menores.
O interessante é que, existe um limite admitido para as perdas de solos nas diferentes
classes de solos.
Crítica a tolerância de perda de solo: só considera efeitos in situ (em termos de
produtividade) e não ex situ (efeitos da erosão).
Limites de tolerância são bastante restritivos, o que leva a necessidade de desenvolvimento
real de sistemas de conservação de solos que sejam eficientemente conservadores.
3.9. Estimativas da quantidade de erosão
As primeiras estimativas numéricas da quantidade de erosão iniciaram nas décadas de 40
(Corn Belt-EUA), relacionando basicamente, as perdas de solo a declividade e comprimento
de rampa.
Outros fatores foram adicionados nos anos seguintes, associando também, à tolerância de
perda de solo.
Objetivo: objetivava-se ter um guia metodológico (modelo) para tomadas de decisão e
planejamento, predizendo a perda de solo média para cada uma das combinações de
sistemas de cultivo, técnicas de manejo e práticas de controle.
As perdas de solo estimadaspoderiam ser confrontadas com a tolerância de perda de solo
para a situação estudada, permitindo a análise do uso ou não das práticas / técnicas /
sistemas estudados.
O primeiro modelo mais elaborado de predizer perdas de solo, foi o da Equação Universal de
Perda de Solo (EUPS), desenvolvida pelo departamento de Agricultura do EUA nos anos 60.
No seu desenvolvimento foram utilizados em torno de 10.000 dados de perdas de solo
obtidos a partir de projetos cooperativos em 49 localidades dos EUA. (Esse modelo
influenciou o mundo todo).
Após 1960, mais dados foram obtidos em 16 estados americanos utilizando simuladores em
campo.
A evolução deste modelo levou a outros com pequenas modificações, utilizando inclusive
partes dela. São eles:
- RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation),
- SLEMSA (Soil Loss Estimation Model for Southern Africa),
- SOILOSS (a versão Australiana para EUPS),
- SCUAF (Soil Changes Under Agroforestry),
- INDEROSI (um modelo de estimativa de perda de solo indonesiano).
A EUPS é um modelo empírico que não explica o processo erosivo como um fenômeno
físico-matemático. (Para ser Universal, deveria ser um modelo que explicasse
fisicamente-matematicamente o fenômeno da erosão).
(O fato de você arar, gradear em nível e plantar uma cultura, como milho, com densidade de
plantio x, ela reduz em 5x a perda de solo, comparando com uma área arado e gradeado sem
nenhum tipo de vegetação).
Os índices são obtidos para a realidade do local específico estudado, então, os índices
obtidos por exemplo no estado de Iowa, na teoria e na prática, não servem para ser utilizada
em Viçosa... pois, o padrão de chuvas, tipos de solos predominantes são diferentes
(provavelmente os índices seriam menores). A metodologia em si é coerente, mas os índices
não poderiam ser aplicados.
O seu caráter Universal só é válido quando são utilizados dados oriundos das situações que
se quer planejar, o que as vezes nem sempre é possível.
Mas a grande quantidade de dados produzida para gerar a EUPS, permite hoje o
desenvolvimento de modelos físico-matemáticos como o WEPP (Water Erosion Prediction
Project).
A simulação de dados por estes modelos físico-matemáticos utiliza os dados e situações
estudadas naquela época, possibilitando a correlação entre as perdas de solo estimadas e as
medidas nas parcelas.
Além do WEPP, existem outros modelos físico-matemáticos que estão sendo desenvolvidos
no Brasil e no mundo todo:
- EUROSEM (European Soil Erosion Model),
- CREAMS (Chermicals, Ronoff and Erosion From Agricultural Management Systems),
- ANSWERS (Areal Non-point Source Watershed Environment Response Simulation).
PARTE 3
3.10. Princípios da EUPS para predição das perdas de solo
Qualitativamente a causa fundamental da erosão do solo é a atuação da chuva sobre a
superfície do solo.
Divide-se em como a erosão do solo irá ser afetada pelos diferentes tipos de chuva e como
variará com as diferentes condições de solo.
A quantidade de perdas por erosão = poder da chuva em causar erosão (Erosividade) +
habilidade do solo em resistir aos efeitos da chuva (erodibilidade).
Então, matematicamente a erosão é função da erosividade das chuvas e da erodibilidade do
solo.
Numa dada condição de solo, uma chuva pode ser comparada a outra quantitativamente,
estabelecendo-se uma escala numérica de erosividade. (Ou seja, as chuvas que acontecem
aqui em Viçosa, apresentam uma capacidade de promover erosão, provavelmente diferente
das chuvas que acontecem no nordeste brasileiro ou outras regiões do Brasil).
A erodibilidade do solo pode ser atribuída a três fatores básicos:
a. Propriedades mecânicas, químicas e físicas do solo (possíveis de serem medidas em
laboratório).
b. Topografia = declividade do terreno + comprimento do declive.
c. Da topografia, principalmente a declividade e o comprimento da rampa (Fator LS).
d. A cultura (tipo, fertilização, produtividade esperada etc...) – significa a cobertura da
superfície, cobrimento, restos culturais...
e. O manejo do solo (o uso ou não de práticas conservacionistas, tipo de preparo do
solo, intensidade de cultivo etc...).
Resumindo, pode-se estabelecer que a erosão é uma função:
✔ Da energia de todos os componentes da chuva (gotas e enxurradas) (Fator K);
✔ Das características e/ou propriedades do solo que o tornam mais ou menos
susceptível a erosão (Fator K);
✔ Das condições em que a cultura está sendo conduzida: tipo, fertilização,
produtividade esperada etc... (Fator C); e
✔ Das condições em que o solo está sendo conduzido: práticas conservacionistas, tipo
de preparo do solo, intensidade de cultivo, etc... (Fator P).
✔ Da topografia, principalmente a declividade e o comprimento da rampa (Fator LS).
Assim, a EUPS, o primeiro modelo com propósito de uso geral e que influenciou e é
referência de vários outros, temos:
A = R x K x LS x P x C
A é a perda anual de solo em toneladas por hectares.
R é a medida das forças erosivas da chuva e do escoamento superficial.
✔ É computado pelo método do índice de erosão (IE) que é a soma da energia cinética
(J.m-2) multiplicado pela maior quantidade de chuva em um período de 30 minutos
(mm.h-1) contínuos de cada chuva (IE30).
K é o fator de erodibilidade, um número que reflete a susceptibilidade de um determinado tipo
de solo a erosão, recíproco da resistência do solo a erosão.
✔ É a perda média de solo em t.ha-1 para cada unidade de R calculado pelo índice de
erosão (IE30).
L é o fator comprimento, que é a razão que compara a perda de solo com a de um campo de
22,6 m de comprimento (adimensional).
S é o fator declividade, que é a razão que compara a perda de solo com aquela de um campo
na declividade de 9% (adimensional).
C é o fator manejo da cultura, que é a razão que compara a perda de solo (de uma dada
condição, de uma dada cultura conduzida de uma dada forma) com aquela de um campo
padrão cultivado descoberto (adimensional).
P é o fator prática de conservação, que é a razão que compara a perda de solo com a de um
campo sem nenhuma prática e arado morro abaixo (adimensional).
3.11. Tamanho e distribuição das gotas d’água
Os primeiros experimentos de determinação do tamanho das gotas de chuva foram feitos em
1892.
Métodos utilizados:
✔ Placas de ardósia divididas em quadrados,
✔ Papel absorvente com algum tipo de pó,
✔ Pellets de farinha de trigo,
✔ Sensores acústicos,
✔ Sensores de medida de pressão etc...
As medidas feitas em vários países pelos diversos métodos comentados, identificou 5 mm
como sendo o limite superior para o diâmetro de gotas de chuva.
Experimentos em túnel de ventos indicam diâmetro de gotas estáveis em torno de 4,6 mm e
instáveis acima de 5,4 mm.
A forma das gotas tende a formar uma esfera achatada em função da resistência do ar.
Gotas maiores que 5 ou 6 mm podem ocorrer em casos de colisão umas com as outras,
durante a queda, ou interceptadas pela vegetação.
As proporções de tamanhos de gotas e como se distribuem variam com as diferentes chuvas:
✔ Chuvas de baixa intensidade, duram dias e são formadas por gotas de pequeno
diâmetro. (Pouca quantidade por unidade de tempo).
✔ Chuvas de alta intensidade, de curta duração, são formadas por gotas de diâmetro
muito maiores. (Muita quantidade por unidade de tempo).
Estudos tem mostrado que há uma relação entre a moda do diâmetro (aquela que mais se
repete) de gotas de chuva para, pelo menos, 50% delas e a intensidade das chuvas.
Aumentando a intensidade das chuvas há um correspondente aumento do tamanho das
gotas, diminuindo também o tamanho quando a intensidade das chuvas reduz.
Porém, sabe-se que existe um limite físico para o tamanho máximo de gotas, havendo uma
reversão nesta relação em chuvas de muita alta intensidade. (ou seja, o diâmetro pode
diminuir).
Curvas de distribuição de tamanhos de gotas para intensidades crescentes mostram
claramente que o diâmetro de gota chega ao máximo a 80 ~ 100 mm de chuva por hora,
decrescendo a intensidade maiores.
Observa-se que na menor intensidade (1) existe um diâmetro de gota em torno de 1,8 – 1,9
mm.Nota-se um aumento do diâmetro de gotas à medida que a intensidade de chuva
aumenta.
(4) diâmetro em torno de 2,5 mm, (5) diâmetro em torno de 2,2 mm e (6) diâmetro em torno
de 1,4 mm, por exemplo.
3.12. Velocidade terminal
Um corpo em queda livre irá acelerar até que a resistência do ar seja igual à força da
gravidade, continuando em queda livre a uma dada velocidade constante.
Esta velocidade é conhecida como velocidade terminal, e vai depender do tamanho e da
forma deste corpo.
✔ A velocidade terminal das gotas de chuva aumenta com o aumento do tamanho.
Gotas em torno de 5 mm de diâmetro apresentam velocidade terminal de 9 metros por
segundo.
Medidas da velocidade terminal foram feitas em vários laboratórios no início do século,
obtendo-se valores semelhantes, considerando que diferentes aparatos foram utilizados.
Equipamentos mais modernos identificaram valores de velocidade terminal 15% superiores,
quando comparadas às medidas do início do século.
(Não é uma diferença tão grande assim).
Detecção da velocidade terminal é através dos impulsos elétricos, gerados quando as gotas
d’água passam por anéis de indução em função da carga elétrica presente nesta
Chuvas com ventos, resultam em maiores velocidades terminais, sendo esse efeito será
maior em gotas de pequeno diâmetro do que em grandes gotas.
✔ Momento (momentum) e energia cinética
Evidencias experimentais apontam que o poder erosivo das chuvas está relacionado a
parâmetros compostos derivados de combinações de mais de uma propriedade física.
(Exemplo: a Energia Cinética das chuvas e o seu Momento).
Tamanho de gota e velocidade terminal conhecidos, possibilitam calcular a energia cinética
de cada gota.
A soma de todos os valores individuais da energia cinética de todas as gotas d’água que
formam uma chuva, caracterizam o momento da chuva.
Como é difícil calcular o momento dessa chuva, vamos utilizar um cálculo indireto da energia
das chuvas, que vai proporcionar melhores resultados do que tentativas de medidas direta do
momento das chuvas.
As forças envolvidas são tão pequenas que alguns instrumentos não são suficientemente
sensíveis para se fazer o registro da energia das chuvas diretamente.
Todos os resultados obtidos através desses estudos, relacionaram a intensidade de chuva
com a energia cinética. Notaram que a relação entre a intensidade de chuva e energia
cinética, são bastantes razoáveis. Com isso, os cientistas simularam diversas intensidades e
calcularam a energia cinética.
Esses resultados, entretanto, apresentam poucas medidas em altas intensidades e também
foram feitas por diferentes pesquisadores.
Não se pode dizer se as variações identificadas são devido às diferentes técnicas e qual a
real diferença entre as chuvas nos vários países em que foram determinadas.
Equações relacionando energia cinética (E) e intensidade de chuvas (I):
(Temos várias, mas basicamente nos mostra que temos uma relação estatística-matemática
que associa a Energia Cinética com a intensidade de chuva).
✔ E = 916 + 331 log I
E = energia das chuvas em pé.ton.acre-1.polegadas e I = intensidade de chuva em pol.h-1
✔ E = 210 + 89 log I
E = energia das chuvas em ton.m.ha-1.cm-1 e I = intensidade da chuva em cm.h-1
✔ E = 11,9 + 8,7 log I
E = energia das chuvas em J.m-2.mm-1 e I = intensidade da chuva em mm.h-1
✔ Etc.... várias equações obtidas por diferentes pesquisadores em diferentes situações,
usando diferentes métodos.
Temos uma relação de energia cinética em J/m2 e a intensidade de chuva por mm/h.
PARTE 4
3.13. Impacto da gota d’água e escoamento superficial
✔ A erosão do solo é um processo de trabalho e envolve o gasto de energia em todas
as suas fases: quebra e o salpicamento de agregados no ar, aumento da turbulência
das enxurradas e transporte e carreamento de partículas de solo.
Os efeitos dos impactos das gotas d’água pode ser demonstrados utilizando parcelas sem e
com a superfície do solo recoberta por tela plástica (sombrite) e pequeno diâmetro de
abertura, subdividindo gotas d’água em outras menores.
(Esse sombrite colocado sobre uma parcela de solo, sem qualquer tipo de cobertura
de planta na sua superfície e outra parcela não coberta por sombrite, mas com as
mesmas condições, teremos perdas de solos diferenciadas, pois na parcela em que
não temos o sombrite, teremos um impacto mais direto das gotas de chuva que além
de impactar e desagregar com o impacto, vai subdividir em gotas menores e vai
movimentar. Enquanto que, as gotas que impactam o sombrite vão se subdividir em
gotas menores e com isso a sua energia diminui drasticamente e os efeitos dos
impactos serão diferenciados).
Observou-se que, as perdas de solo na parcela coberta não foram eliminadas, mas reduzida
a 1/100 da perda de solo observada na parcela desprotegida.
O selamento da superfície do solo é outra consequência do impacto da gota d’água,
reduzindo a velocidade de infiltração no solo, o que favorece o aumento do escoamento
superficial
(O impacto, além da pressão exercida sobre a superfície, leva também à
desagregação e a subdivisão em partículas da superfície do solo, que ao movimentar
no perfil vão promover a obstrução de poros que vão originar uma fina camada
encrostada na superfície do solo, a qual irá favorecer ainda mais o escoamento
superficial).
O impacto das gotas de chuva é vital para o processo erosivo e sua importância pode ser
confirmada através da comparação da energia cinética disponível em uma chuva caindo e a
existente nas enxurradas.
O aumento da turbulência nas enxurradas, formadas pelo escoamento superficial, aumenta
bastante a capacidade de destacamento e carreamento de partículas do solo.
Um exercício pode ser feito para mostrar estas possibilidades:
As enxurradas formadas (escoamento superficial), retratam aquilo que choveu e chegou na
superfície, menos aquilo que infiltrou. Ou seja, o escoamento superficial é uma porção das
chuvas que chegam à superfície).
Vamos considerar 100% das chuvas chegando à superfície. (M = 100)
Vamos considerar que essa porção seja 25%. (M/4 = 25)
Vamos considerar que as gotas, de todos os diâmetros, tenham uma Veloc. terminal de 8
m/s.
Vamos considerar a Veloc. da água do escoamento superficial de 1 m/s.
Energia cinética das chuvas = 3200 J/m2.mm
Energia cinética do escoamento superficial = 12,5
✔ Com isso, se dividirmos a energia cinética envolvida no escoamento superficial com a
das chuvas, notaremos que a energia das chuvas pode ser cerca de 256 vezes maior
que a energia envolvida no escoamento superficial.
Se queremos conservar o solo, temos que manter a cobertura da superfície (tanto cobertura
viva quanto morta). Da forma que for mais eficiente economicamente e tecnicamente.
3.14. Estimativa da erosividade das chuvas:
Vários estudos foram desenvolvidos para identificar a melhor associação entre as
características das chuvas naturais e a quantidade de perda de solo, ou seja, a erosividade
das chuvas.
O método mais usado para estimar a perda de solo é composto pelo produto da energia
cinética de uma chuva nos 30 minutos consecutivos de sua duração total e que
correspondam à maior intensidade de chuva. (IE30)
A intensidade de chuva é obtida a partir de registros de pluviógrafos, considerando-se o
período de 30 min de maior intensidade e a quantidade de chuva ocorrida, sendo
denominada de índice IE30.
Outros métodos alternativos têm sido estudados:
- O que considera, chuvas acima de 25 mm.h-1 como erosivas (índice K).
Para países com condições temperadas, um índice semelhante considera chuvas com
intensidade superiores a 10 mm.h-1.
Somando os valores de 30 minutos consecutivos, 20 ~ 50 min, temos um total de 400,88
J/m2.
(Precisamos de um valor de energia cinética no maior número possível de chuvas
que é capaz de promover a erosão).
A erosividade das chuvas vai ser o IE30 de várias chuvas e no maior tempo possível, ou seja,
a média de vários anos.
Avaliar numericamente o poder erosivo das chuvas tem duas aplicações principais:
✔ A definição de práticas conservacionistas,e
✔ A pesquisa para ajudar a melhorar o conhecimento e o entendimento a respeito da
erosão.
(A intensidade das chuvas nas regiões mais secas são maiores do que a intensidade das
chuvas nas regiões litorâneas. Apesar de que, em regiões litorâneas temos uma maior
frequência de chuvas).
PARTE 5
3.15. Erodibilidade do solo:
É a susceptibilidade ou a resistência que o solo possui em ser erodido pela água...
Temos 3 grandes grupos de fatores que afetam a erodibilidade do solo:
● As características / propriedades físicas e químicas do solo;
● As características associadas à topografia, e
● O manejo da cultura e do solo.
As características / propriedades do solo que influenciam a erodibilidade do solo são as que
afetam a velocidade de infiltração de água do solo, a permeabilidade e a capacidade de
absorção da água.
(Quanto maior o movimento de água, seja ele medida através de infiltração ou
permeabilidade etc..., no perfil, menor a susceptibilidade desses solos em serem
erodidos).
Aquelas que resistem à dispersão, ao salpicamento, à abrasão e às forças de transporte de
chuva e enxurrada também influenciam na capacidade do solo em serem resistentes ou
vulneráveis à erosão pela água
Por muitos anos, os cientistas de solo têm tentado relacionar vulnerabilidade (erodibilidade)
do solo a características/propriedades do solo, e que possam ser medidas em laboratório ou
no campo.
Composição granulométrica, estabilidade de agregados, resistência ao impacto das gotas
d’água, estrutura, matéria orgânica, percolação, infiltração, permeabilidade, etc... são
algumas das várias propriedades/características que são avaliadas.
Todas as propostas foram transcodificadas em nomógrafos (no passado), uma forma
facilitada e utilizável em condições de campo. Atualmente, já temos softwares e aplicativos
mais desenvolvidos.
3.16. Topografia
O salpico, o escoamento superficial e o transporte são maiores em declividades acentuadas,
dessa forma, intensificando a erosão.
A influencia da topografia na erosão do solo depende do efeito integrado da declividade e do
comprimento do declive, sendo diretamente proporcionais a estes fatores.
Fisicamente, o movimento da enxurrada pode ser explicado pela associação com um corpo
em plano inclinado.
Em um corpo inclinado (enxurrada), atuam 2 forças:
- Peso (P) e a Reação Normal do plano (N).
Como não atuam na mesma direção, elas não se equilibram, resultando, na ausência de
atrito, o movimento do bloco no plano inclinado com aceleração constante (a), para a qual é
necessário conhecer a força resultante que atua neste corpo.
Substituindo o peso P por seus componentes, pode-se verificar que Py e N se equilibram.
Px é o componente responsável por vencer o atrito e dar movimento ao bloco, variando com
a declividade. É a força resultante que atua sobre o bloco.
Py = N
Sen α = Px / P Px = P. Sen α
Cos α = Py / P Py = P. Cos α
Aplicando a Segunda Lei de Newton em módulo e considerando que Px é a força resultante
responsável pelo movimento que atua sobre o corpo, tem-se que:
FR = m.a, sendo FR = Px
Px = P. Sen α
m.a = P. Sen α
P = m.g
m.a = m.g. Sen α
a = g. Sen α
Essa é a expressão da aceleração adquirida por um corpo (enxurrada) que desliza, sem
atrito, sobre um plano inclinado com ângulo α em relação ao horizontal.
Quanto maior a declividade, maior a aceleração no movimento do corpo e,
consequentemente, maior a velocidade final deste corpo, uma vez que:
V2 f = V2 i ± 2 a S
S = espaço a ser percorrido...
Também pela expressão anterior, quanto maior o espaço a ser percorrido, ou seja, o
comprimento de rampa, maior a velocidade final:
Considerando:
Ec = M V2 / 2
Quanto maior a velocidade final, maior a energia cinética deste corpo,
consequentemente, maior o poder erosivo da enxurrada (o corpo em movimento num
plano inclinado).
O comprimento do declive e a cobertura da superfície cultivada são os principais
componentes do processo erosivo que podem ser manipulados pelo homem na busca da
redução da erosão.
Não é economicamente viável alterar a declividade para reduzir a erosão.
Contudo, manter a superfície coberta e criar barreiras ao movimento da água e enxurradas
no sentido do declive são razoavelmente viáveis de serem aplicados por meio das práticas de
conservação vegetativas, edáficas e mecânicas.
Assim, pode-se estabelecer os seguintes princípios para a conservação e aplicação de
práticas que visem a redução do processo erosivo:
● Respeito a Aptidão Agrícola das Terras. 9Uso do solo em relação às limitações e
potencialidades).
● Manutenção da cobertura da superfície (efeito do impacto da gota d’água).
● Redução do comprimento dos declives (minimizar o máximo possível o movimento do
corpo em um plano inclinado) criando-se barreiras a este movimento, e
● Aplicação integrada das práticas de conservação do solo e água, inicialmente pelas
mais simples e de menor custo.
PARTE 6
● 4. Erosão Eólica (Ventos)
Sedimentos são carreados pelos ventos a muitos eons (tempo indeterminado, não existe uma
definição em números).
Existem diferentes registros:
✔ Estratificação cruzada eólica de depósitos arenosos,
✔ Vastas dunas ativas ou estáveis,
✔ Formação areníticas moldadas pelos ventos (Ex: Parque 7 cidades).
Wendelin (1646) e Darwin (1845) já relatavam os efeitos diretos e indiretos da erosão
causadas pelos ventos.
Alguns números sobre a erosão eólica no mundo e EUA:
a. Afeta mais de 500 milhões de hectares no mundo (Grini et al. 2003).
b. 776 milhões ton/ano de solos perdidos em 2003. (E água? Perda de solo por erosão
hídrica: 971 milhões ton/ano). A importância da erosão eólica é quase que o mesmo
da erosão hídrica.
Caso extremo marcante nos EUA: Dust Bowl (1931 – 1939) quando 20 milhões de hectares
foram degradados pela erosão eólica. (Documentário/filme)
4.1. Efeitos da erosão eólica
● In situ
a. Perda de componentes do solo mais quimicamente ativos, especialmente
argila (+nutrientes).
b. Perda de C-orgânico (+argila) afetando retenção de umidade.
c. Danos diretos às plantas pelas partículas em movimento com os ventos,
alterando estande de plantas e produtividade: Algodão e Kenaf (pode reduzir
até 40%) e Sorgo (58%).
- O primeiro conjunto, representa uma situação onde não temos ventos nem areia, sem
causar abrasão.
- O segundo conjunto, representa uma situação com ventos, mas sem areias em suspensão.
- O terceiro conjunto, representa uma situação com ventos e areias em suspensão,
mostrando uma grande abrasão, proporcionada pelas partículas de areia.
d. Redução de visibilidade e propensão a acidentes de tráfego (Dust Bowl).
e. Deposição de sedimentos em áreas marginais de estradas, cercas, sistemas
de drenagem, etc... (Dust Bowl)
● Ex situ
Efeitos a centenas de quilômetros da fonte de origem dos sedimentos levados pelos ventos.
Ex: Sedimentos do Saara constatados na Europa, América do Sul, Mar do Caribe e
Atlântico Norte.
Podem ser transportados juntamente com os ventos: nutrientes, elementos traços, partículas
do material de origem, biota do solo (organismos benéficos e danosos) e elementos tóxicos
antropogênicos.
4.2. Fases da erosão eólica
✔ DESTACAMENTO: o vento exerce forças de arrasto e elevação para superar as
forças gravitacionais e coesivas que mantêm as partículas na superfície do solo.
(Também ocorre quando as partículas em suspensão atingem a superfície liberando
outras partículas pelo impacto ou abrasão).
✔ VELOCIDADE LIMITE: é a velocidade do vento em que se inicia o movimento de
sedimentos, sendo considerada erosiva quando atinge 6 m/s a 0,3 m ou 8 m/s a 9 m
acima da superfície do solo.
Após exceder a velocidade limite, partículas ou microagregados movem-se por três diferentes
formas ou modos de transporte:
a. Creep: rolamento das partículas e/ou agregados;
b. Salto: as partículas/agregados movimentam-se por saltos rebatendo na superfície
(0,1 – 0,5 mm diâmetro);
c. Suspensão: partículas finas que se movimentam pelos ventos em suspensão
(<0,1 mm diâmetro)
4.3. Características dos ventos
Quando interage com a superfície há forçasque atuam em oposição ao sentido da direção do
movimento de partículas ou agregados do solo, podendo ser causada pela fricção ou
diferença de pressão do ar.
As setas mostram, claramente, qual é a intensidade dos ventos, sendo que próximo à
superfície temos uma condição mínima. Quanto maior o tamanho das setas, maior a força
dos ventos, associados aos diferentes tipos de movimentos (creep, salto e suspensão).
Na camada limite próxima a superfície, os ventos são praticamente neutros (mínimos) e o
perfil da velocidade dos ventos pode ser descrita pela equação semilogarítmica:
u(z) = u* / k. ln (z / Z ₒ) onde,
u(z) = velocidade dos ventos a uma altura z
u* = velocidade de fricção
k = constante de Von Kármán (0,4)
z = altura aerodinâmica da rugosidade
Z ₒ = altura aerodinâmica teórica na qual a velocidade dos ventos próxima da
superfície chega a zero e depende das características da superfície.
Vários estudos mostram que Zₒ é aproximadamente igual a 1/30 da altura dos
elementos de rugosidade.
Zₒ é a representação da capacidade aerodinâmica da superfície absorver o
momentum e também uma importante quantidade em estudos de erosão eólica.
As características e condições da superfície é que irão controlar se a erosão vai
acontecer ou não e qual a sua extensão.
4.4. Propriedades do solo e erosão eólica
● Textura do solo
Propriedade primária que afeta a erodibilidade do solo pelos ventos.
Geralmente, solos de textura mais arenosas/grosseiras (menos agregados e
estáveis) são mais erodíveis pelos ventos do que os solos de textura mais fina (mais
agregados e estáveis).
Solos calcáreos são mais erodíveis pelos ventos que solos não calcáreos.
Dados mostram alterações na textura do solo por conta dos efeitos da erosão eólica:
solos tendem a apresentar textura mais grosseira pela saída de partículas finas.
● Umidade do solo
A umidade da superfície do solo é uma variável importante controlando a
erodibilidade e o transporte de sedimentos pelos ventos.
Relação entre erodibilidade do solo pelos ventos e textura (Zobeck & Pelt, 2011):
(Susceptibilidade desses solos em função das classes texturais)
A umidade dos solos afeta a velocidade limite de fricção em que as partículas começam a
se mover. Pois a erodibilidade do solo a ação dos ventos é tão sensível aos efeitos da
umidade que, mesmo diferenças na umidade relativa do ar, modificam a velocidade do vento
no limiar da partícula.
Estudos em túnel de ventos mostraram que a velocidade limite (aquela em que o movimento
de partículas e/ou agregados inicia-se) diminui com valores crescentes de umidade relativa
para valores entre 40 e 65%. Acima e abaixo desta faixa, a velocidade limite aumenta com a
umidade do ar.
● Rugosidade da superfície
O micro relevo na superfície do solo é uma propriedade dinâmica do solo que pode mudar
rapidamente pelo manejo ou fatores climáticos.
A erosão eólica é sensível aos efeitos de rugosidade orientada (direção do solo gradeado
p.e) ou aleatória (cobertura vegetal da superfície não orientada).
A rugosidade do cultivo/preparo do solo vai modificar o perfil dos ventos e proteger a
superfície do solo dos efeitos abrasivos das partículas.
O comprimento aerodinâmico da rugosidade aumenta com o tamanho dos agregados ou
quando as cristas aumentam.
O comprimento aerodinâmico da rugosidade também é afetado pela intensidade das
mudanças, que depende do tamanho dos agregados, e do espaçamento das cristas.
Os efeitos da rugosidade da superfície protegendo o solo, vão depender também, da direção
dos ventos, sendo maiores quanto mais perpendiculares forem os ventos em relação às
cristas (barreiras perpendiculares).
Representação esquemática das cristas no campo. Parte do campo é
protegida da ação erosiva das partículas saltantes.
O efeito protetor das cristas é pouco efetivo quando a direção dos ventos é paralela às
cristas.
● Propriedades dos agregados do solo
A erosão eólica está relacionada à quantidade de agregados > 0,84 mm de diâmetro,
denominados agregados não erodíveis (isso considerando uma medida da estabilidade de
agregados determinada a seco).
A estabilidade dos agregados a seco refere-se à resistência dos agregados do solo à
decomposição de forças físicas, sendo uma medida da força de ligação dos agentes dentro
dos agregados.
Pode-se avaliar em termos de porcentagem de agregados > 0,84 mm de diâmetro ou
individualmente pela aplicação de uma força de destruição.
● Encrostamento da superfície
Pode acontecer pelos efeitos das chuvas (impacto das gotas de chuvas, pouca infiltração que
ocorre em profundidade etc...) e tem a ver com uma camada relativamente fina na superfície
do solo consolidada e mais compacta e coesa do que o material imediatamente abaixo dele.
Quando as crostas são formadas, as partículas são unidas e menos susceptíveis à abrasão
pelos ventos e partículas saltitantes ou em suspensão.
O encrostamento pode ter diversas origens:
✔ Crostas biológicas – cryptogamics
✔ Cultivo e preparo do solo
✔ Efeito do impacto das chuvas
A estabilidade das crostas vai depender das propriedades do solo e das características de
chuva (energia e intensidade das chuvas para criar as crostas).
A erosão eólica vai ser acentuada em solos arenosos com materiais não consolidados
erodíveis, mesmo formando crostas após as chuvas.
Na superfície do solo também existem alguns agregados estáveis e não erodíveis como
pedras, vegetação e outros materiais que irão proteger, fisicamente, ou mesmo isolá-la da
força direta do vento e da abrasão das partículas de areia.
A proteção está relacionada à quantidade de material não erodível na superfície do solo
sendo, a razão entre a erosão observada para o solo protegido dividido pela erosão em solo
descoberto e desprotegido. Geralmente, quando temos 20% e 50% de material não erodível,
sobre a superfície, reduz as perdas de solo em 57% e 95% respectivamente.
4.5. Práticas de controle da erosão eólica
a. Manter a cobertura do solo com plantas ou resíduos, favorecendo proteção e
também, criando uma maior rugosidade da superfície.
b. A cobertura natural já é suficiente quando efetivamente recobre a superfície, o que
pode não acontecer em regiões de climas menos favoráveis (áridos e semiáridos).
c. Vegetação nativa esparsa (com áreas não protegidas) ou mesmo sistemas agrícolas
podem canalizar os ventos a acentuar os efeitos da erosão eólica aumentando a
turbulência.
d. Evitar exposição de solo pela eliminação da vegetação por queimadas, pois
alterações ocorrem na estabilidade dos agregados na superfície e também ao
aumento da repelência a água, mantendo o solo seco e mais susceptível a erosão
eólica.
e. Estado nutricional e sanitário adequado das plantas cultivadas para cobertura da
superfície (fertilização e controle de insetos e patógenos por exemplo).
f. Praticas de preparo do solo e de cultivo/plantio perpendiculares a direção
predominante dos ventos.
g. Plantio de cordões de vegetação temporários (culturas anuais ou semianuais) ou
permanentes (árvores) perpendicularmente a direção dos ventos (distância pode ser
estabelecidas empiricamente ou por modelos de predição). Aproveitas a vegetação
nativa para proteção. (Ex: linhas de cordões de vegetação, relativo à altura, como a
cana de açúcar...)
h. Quebra ventos, com árvores, diminuem efetivamente a velocidade dos ventos a
distâncias de cerca de 10 ~ 15 vezes a sua altura a favor do vento e cerca de 3 vezes
a sua altura contra o vento.
i. Movimentar a superfície do solo para aumentar a quantidade de agregados não
erodíveis e a rugosidade da superfície, reduzindo velocidade dos ventos.
j. Regular colhedeiras para manter resíduos em sistemas conservadores de forma
permanente sobre a superfície e com maior altura remanescente da planta colhida.
(Podemos regular as colhedeiras a uma altura na qual deixem sobre a
superfície, a estrutura aérea cortada junto com o sistema radicular. Como por
exemplo, o milho cortado a uma altura de 20 cm, aquele resto cultural que está
fixo e que remonta a planta existente naquele lugar, pode exercerum efeito de
aumento na rugosidade para a proteção da superfície).
k. Em solos erodíveis pelos ventos, evitar alterar muito a superfície do solo, priorizando
os sistemas de cultivo de menor revolvimento possível do solo. (Austrália Oriental).
Esta foto, mostra bem a influência dos ventos sobre a
árvore.