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Plant, Soil and Water Project Apontamentos de TECNOLOGIA E CONSERVAÇÃO DO SOLO Conservação do Solo Maputo, 2006 Por: U.A. Boot M. van den Berg, K.J. van Dijk Felicidade Massingue UNIVERSIDADE EDUARDO MONDLANE Faculdade de Agronomia e Engenharia Florestal Departamento de Engenharia Rural 2 Índice I. PROCESSOS DE DEGRADACAO DO SOLO E MÉTODOS DE CONSERVACAO ...................................... 3 I.1 Deterioração biológica .................................................................................................................................... 3 I.2 deterioração química ....................................................................................................................................... 3 I.3 Deterioração física ......................................................................................................................................... 3 II. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 5 II.1 História da Erosão ......................................................................................................................................... 5 II.2 distribuição geográfica da erosão .................................................................................................................. 8 II.2.1 Erosão pela água ..................................................................................................................................... 8 II.2.2 Erosão pelo vento ................................................................................................................................... 9 II.3 conservação de solos ................................................................................................................................... 10 II.4. O PROBLEMA DA EROSÃO ....................................................................................................................... 12 II.4.1 Tipos de erosão ......................................................................................................................................... 12 II.4.2 Erosão geológica....................................................................................................................................... 12 II.4.3 Erosão acelerada ou erosão causada pelo homem .................................................................................... 13 II.4.4 Limites aceitáveis de erosão ..................................................................................................................... 13 II.5 EROSÃO EÓLICA ......................................................................................................................................... 15 II. 5.1 Ocorrência ............................................................................................................................................... 15 II.5.2 Sintomas ................................................................................................................................................... 15 II.5.3 Mecanismo da erosão eólica ..................................................................................................................... 15 II.5.4 Modelos para a erosão eólica .................................................................................................................... 17 II.5.5 Impacto da erosão eólica .......................................................................................................................... 18 II.5.6 Controlo .................................................................................................................................................... 18 Questões ............................................................................................................................................................. 30 II.6 O mecanismo da erosão hídrica ....................................................................................................................... 31 II.6.1 Introdução ................................................................................................................................................. 31 II.6.2 Erosão pelo impacto das gotas de chuva................................................................................................... 31 II.6.3 Erosão laminar .......................................................................................................................................... 32 II.6.4 Erosão em sulcos ...................................................................................................................................... 33 II.6.5 Erosão em ravinas ..................................................................................................................................... 34 II.6.6 Sedimentação e acumulação ..................................................................................................................... 36 II.6.7 Factores que influenciam a erosão pela água ............................................................................................ 36 II.6.7.1 Introdução .......................................................................................................................................... 36 II.6.7.2 Clima e erosividade da chuva ............................................................................................................ 38 II.6.7.3 Características físicas do solo (K) ..................................................................................................... 44 II.6.7.4 Relevo ................................................................................................................................................ 45 II.6.7.5 Prácticas de conservação ................................................................................................................... 47 II.6.7.6 Vegetação e maneio de culturas (cobertura do solo) ......................................................................... 49 II.6.7.7 Erosão actual e potencial ................................................................................................................... 53 II.6.7.8 Efeitos práticos da erosão hídrica ...................................................................................................... 53 III CONSERVAÇÃO DE SOLOS E CONTROLE DA EROSÃO ........................................................................ 56 III.1 Plano de conservação ................................................................................................................................. 56 III.2 Objectivos e tipos de medidas de conservação ........................................................................................... 57 III.2.1 Medidas biológicas (influenciam os factores C e K) ........................................................................... 57 III.2.2 Melhoramento do solo (influencia os factores K e C) ......................................................................... 60 III.2.3 Operações adaptadas de cultivo........................................................................................................... 61 III.2.4 Maneio do terreno (influencia o factor P (e LS)) ................................................................................ 62 III.2.5 Medidas mecânicas (terraplanagem) ................................................................................................... 66 IV. Controle e reabilitação de ravinas .............................................................................................................. 72 V. Planeamento de conservação do solo ...............................................................................................................80 VI DESENHO DE TERRAÇOS DE VALAS ....................................................................................................... 83 V.I Descrição geral ............................................................................................................................................ 83 IV.2 Distâncias entre os terraços de valas .......................................................................................................... 84 IV.3 Comprimento dos terraços de valas ........................................................................................................... 86 VII. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................................ 88 3 I. PROCESSOS DE DEGRADACAO DO SOLO E MÉTODOS DE CONSERVACAO Os processos de deterioração do solo são as principais causas da deterioração das qualidades da terra. Distinguem-se três tipos de deterioração do solo: Física, biológica e química, cada um dos quais apresentando diferentes processos. I.1 Deterioração biológica Por deterioração biológica entende-se a perturbação e/ou a redução da actividade e diversidade da fauna do solo bem assim como a redução do teor da matéria orgânica do solo. isto pode ser causado pela remoção da cobertura vegetal aliada as elevadas temperaturas nos trópicos ou a aplicação excessiva de fertilizantes e outros químicos poluentes. A prevalência de excesso de humidade devido a regas excessivas, deficiente ou má drenagem criam condições de anaerobiose, promovendo uma fraca diversidade da fauna do solo e vegetação. A deterioração biológica muitas vezes acompanha a deterioração física e química. I.2 deterioração química Este parágrafo abarca todos os processos que resultam na deficiência ou excesso de um certo componente químico. Por deficiência geralmente refere-se aos nutrientes da planta e por excesso as substancias toxicas quer pela quantidade ou natureza para o desenvolvimento das plantas. A depleção dos nutrientes é a principal causa da deterioração química do solo. Solos com argila de baixa actividade aliam o facto de sofrerem de lixiviação excessiva de catiões, o que reduz a saturação de bases no complexo de troca catiónica. I.3 Deterioração física Com a deterioração física entende-se a degradação das propriedades físicas do solo. Algumas causas da degradação física do solo são: a) Compactação do solo pelas máquinas A Compactação resulta da redução da porosidade estrutural aliada ao aumento da densidade do solo pela tracção das maquinas afectando negativamente a relação planta-solo. 4 A compactação pode ser definida como sendo a compressão da massa do solo para um volume menor. Ao longo do processo da compactação as propriedades estruturais, as conductividades hidráulica e térmica, a transferencia de gases, etc mudam. Isto por outro lado vai afectar os processos químicos e biológicos. O grau de compactação pode ser expresso em termos de densidade, porosidade ou consistência do solo. O efeito da compactação do solo é a redução dos espaços entre os agregados (poros) com a consequente redução da agua a armazenar e a circulação do ar outro efeito directo é o aumento da resistência do solo, pelo adensamento deste pela acção das maquinas, com a consequente dificuldade de penetração das raízes. A Consequência final sobre as culturas é de longe obvia uma vez reduzido o volume do solo facilmente explorável pelas raízes das plantas. A compactação do solo pelo uso das maquinas induz a mudança no regime de ar-água, afectando assim a actividade microbiana de tal maneira que o azoto no solo tenda a expressar-se mais na forma de amónio que na forma de nitrados. A impossibilização das raízes poderem explorar nutrientes e agua nas zonas mais profundas pode resultar também numa menor resistência das plantas aos efeitos dos agentes patogénicos das camadas superficiais. A acção das maquinas não se restringe simplesmente a compactação, tal é o caso das lavouras feitas com o tractor equipado com arado de discos, no sentido que a mesma é feita com o objectivo de destruir a camada compacta (lavoura profunda. A resposta da planta a esta pratica seria, portanto, contraria a aquela dada pela compactação. b) crostas superficiais Crosta é uma camada dura e fina formada na superfície do solo como resultado das forcas dispersivas das gotas de chuva ou agua de irrigação seguida pela secagem. A formação da crosta envolve o colapso parcial ou total dos agregados de estrutura do solo resultado do impacto directo das gotas de agua durante a fase de humedecimento. nesta fase as partículas de textura inferior a de limo ficam dispersas e durante o processo de secagem preenchem os poros superficiais do solo. Enquanto os processos de secagem descritos acima se restringem a camada superficial do solo, outras formas naturais de formação de camadas compactas no subsolo podem ocorrer; tal é o caso do fragipan e do duripan. 5 c) Fragipan Camada natural e dura quando seca, mas que se desmorona quando humedecida, formada naturalmente numa profundidade geralmente compreendida entre 40 e 80 cm. Sua origem pode dever-se: - Compactação devido a ligeiros processos de embebimento de água (Swelling) e encolhimento (Shriking), sem lugar a compensações verticais por falta de superfícies de deslizamento (Slikensides). - Desihidratação dos silicatos amorfos acumulados numa certa descontinuidade litológica. A desidratação pode dever-se a presença de raízes que absorvem a agua para a transpiração das plantas. - Translocação da argila para camadas profundas resultando num adensamento das mesmas. - Em diferença dos duripans, os fragipans podem apresentar fendas e quando humedecidas perdem estrutura. d) Duripans Os duripans são camadas cimentadas por sílica de tal maneira que não perdem a sua estrutura durante prolongado período sob acção da humidade. A sílica não acumula nos poros ou canais do solo, mas cimenta as partículas da matriz do solo. Esta sílica é resultante da desihidratação da sílica amorfa derivada mais de rochas vulcânicas ricas em vidro vulcânico que de granitos e outros sedimentos. Porque a formação de fragipans e duripans faz parte da génese do próprio solo a acção do homem no sentido de contrariar é quase nula. Este tipo de camadas é tomado como uma característica significativa no uso e maneio do solo ("fase do solo") pela FAO-UNESCO soil Map of the world. e) Erosão II. INTRODUÇÃO II.1 História da Erosão 6 A erosão é um processo natural: deslocamento e transporte de partículas do solo pela água e vento dum sítio para outro. Muitas das nossas terras mais férteis foram formadas pelo mar e pelos rios como sedimentação de material erodido noutros locais (montanhas) exº vales do Infulene, Umbelúzi, Incomati, Limpopo, Nilo, Tigris e Eufrates. As primeiras civilizações cresceram todas em superfícies aluvionares (Nilo, Tigris, China, Eufrates) e dependeram das sedimentações (especialmente de material limoso) durante as cheias para manter a fertilidade dos solos. Certamente elas não tinham nenhum interesse nos problemas de erosão nas partes altas das bacias, e provavelmente nem tinham conhecimento disso. Naquela altura a erosão era principalmente um fenómeno natural chamado erosão geológica (processo muito lento). Com o crescimento populacional as planícies ficaram demasiadamente povoadas. Resultados de estudos sobre as primeiras civilizações mostram que a maior causa de queda de muitas civilizações florescentes foi a degradação dos solos (p.e. Lowdermilk, 1953: Ruínas do grande Zimbabwe). Quando a densidade demográfica excessiva e a (consequente) falta de terras obrigaram as pessoas a intensificar a utilização das terras e a ocupar as terras mais altas até às montanhas,a erosão começou a acelerar, até chegar ao nível actual, tão elevado que está a ameaçar a sobrevivência humana. A população derruba florestas e remove a vegetação para fazer agricultura, deixando a terra susceptível à agressividade da chuva e do vento. Os resultados são: - O vento ou a enxurrada remove o material fino do horizonte superficial do solo, diminuindo a fertilidade do solo; - O impacto directo das gotas de chuva na superfície do solo causa a degradação estrutural do solo e o selamento (formação de crostas pouco permeáveis). - O vento cobre com areia as terras férteis na margem do deserto (exº atrás das dunas) - Menor infiltração da chuva, provocando níveis freáticos mais baixos e menores caudais nos rios no tempo seco. 7 - Maior escoamento superficial de água, provocando aumento da erosão dos solos, maior perda de terras para agricultura, maior transporte de sedimentos pelos rios, maior sedimentação no fundo destes, cheias maiores com inundações mais frequentes, etc. EXº erosão na HIMALAIA ----> resultados no Bangladesh. Mas não é só nos países em desenvolvimento que existem problemas de erosão. O problema também é grave na Europa e EUA: Em 1934 uma investigação nos EUA mostrou que dos 160 milhões de ha de terras aráveis: 20 milhões estavam arruinados 20 milhões estavam quase arruinados 40 milhões tinham perdido mais de metade do solo 40 milhões tinham perdido mais de um quarto do solo!! Então, 75% da área total dos EUA estava seriamente afectada. A Figura 1 mostra esquematicamente a actuação dos processos de erosão em escala mundial. Infiltração Esc. Superf. Chuva Nuvens Erosão Transporte Evapotranspiração Sedimentação Fluxo subterrâneo Planície Mar Figura 1: Processo de erosão 8 II.2 distribuição geográfica da erosão II.2.1 Erosão pela água Em escala global, pode-se notar uma relação interessante entre a erosão pela água é a precipitação média anual (Figura 2). Regiões com pouca precipitação geralmente não têm problemas de erosão pela água, porque geralmente toda água pluvial infiltra, e não há muito escoamento superficial. No entanto, em regiões com uma precipitação elevada (maior que 1000 mm/ano), normalmente existe uma vegetação permanente (floresta) densa que protege os solos contra a erosão; então as áreas mais susceptíveis à erosão pela água são as regiões com precipitação média! Não é só a quantidade de precipitação anual que conta, mas também a distribuição anual. Chuvas tropicais intensas provocam muito mais erosão do que as chuvas regulares de climas mais moderados. Então as áreas com precipitação destrutiva estão globalmente entre as latitudes 40 o N e 40 o S. Exemplo de excepções: - condições semi áridas com pouca chuva, mas muito concentrada; - declives fortes e solos sensíveis podem dar erosão nos climas moderados. A Figura 3 mostra a distribuição da precipitação média anual no Mundo, e a Figura 4 as áreas susceptíveis à erosão hídrica. pela água (Fonte: Hudson, 1981) Figura 2. Relação entre precipitação anual e erosão hídrica E ro sã o h íd ri c a Precipitação media anual (mm) Erosão quando a vegetação natural e removida Erosão quando a vegetação natural não e perturbada 9 II.2.2 Erosão pelo vento Existem duas condições para criar problemas sérios de erosão pelo vento: (1) só material de solo seco pode ser levantada pelo vento; então as áreas susceptíveis devem ter pouca precipitação média anual: menos que 250 - 300 mm/ano. Figura 3: Mapa de precipitação média anual no Mundo (Fonte: Hudson, 1981) Figura 4: Mapa de distribuição geográfica de erosão pela água (Fonte: Hudson, 1981) 10 (2) para poder haver transporte de material de solos a grande escala precisa-se de ventos prevalecentes constantes a todos os níveis, não só na terra mas também em níveis mais altos; e estes estão associados com grandes planícies (Figura 5). Juntando as áreas susceptíveis à erosão hídrica com aquelas susceptíveis à erosão eólica, vemos que a maior parte do Mundo é susceptível à erosão! II.3 conservação de solos Hoje em dia toda a gente sabe que a erosão do solo é uma séria ameaça ao bem estar do Homem, ou mesmo à sua sobrevivência. No início do século a ciência do solo era quase desconhecida, e o Homem levou muito tempo a realizar-se da seriedade deste problema. Começou então o desenvolvimento de programas de conservação de solos. - A conservação de solos pode ser definida como o conjunto de medidas de preservação do solo, mantendo a fertilidade e o balanço entre a perda de solos e a sua formação. Então a conservação de solos é principalmente preventiva. - Controle de erosão: é uma parte da conservação de solos que pode ser definida como o conjunto de medidas usadas para diminuir a perda de solos, até a equilibrar com a Figura 5. Mapa de distribuição geográfica de erosão pelo vento (Fonte: Hudson, 1981) 11 formação de solos, e reparar os danos de erosão já feitos, então o controle de erosão é mais curativo. - Engenharia de conservação de solos: É a aplicação dos princípios de engenharia à solução dos problemas de maneio dos solos e água com respeito à sua conservação. A engenharia de conservação de solos envolve: - protecção do solo - controlo da erosão - drenagem superficial do excesso de chuva - diminuir o efeito do vento Tudo o que se pode resumir como: conservação da água e diminuir o efeito do vento. Problemas de erosão acelerada são principalmente causados pelo Homem, ao remover a cobertura protectora da vegetação natural. - Medidas agronómicas têm como objectivo proteger o solo através de: cobertura vegetal, uso de cobertura morta (mulch), rotação de culturas, cultivo em faixas de defesa (bufferstrips), etc. - drenagem superficial é a remoção do excesso de água de maneira controlada por meio de terraços, sulcos ("ridging"), valas, controlo de "gullies" e pequenas obras de arte. - conservação da água são todas as medidas para manter a água no campo, aumentar a capacidade de infiltração do solo, diminuir a evaporação, por meio de práticas modificadas de maneio de culturas e preparação de solos, incluindo técnicas de cobertura morta ou adubação verde, trabalhos segundo as curvas de nível, terraços, buracos, represas, etc. O motor da erosão é a água e/ou o vento, então todas as medidas de conservação da água e diminuição dos efeitos do vento são: Medidas de conservação de solos. 12 II.4. O PROBLEMA DA EROSÃO II.4.1 Tipos de erosão Erosão é o processo de separação e transporte de partículas do solo pela água ou vento (Ellison, 1947). Uma distinção deve ser feita entre erosão geológica e acelerada. Na erosão geológica o processo de formação do solo e o processo de erosão mantêm um balanço favorável, adequado ao crescimento da maioria das plantas. Na erosão acelerada, a deterioração e perda do solo é usualmente resultado das actividades do Homem. II.4.2 Erosão geológica A erosão geológica, usualmente referida como a erosão natural, ocorre quando o solo está no seu meio ambiente natural, geralmente protegido por uma capa de vegetação nativa. Este tipo de erosão auxiliado pelo complexo processo de meteorização das rochas, é o factor preponderantemente responsável pela formação dos solos. O processo contínuo da erosão produziu a maioria dos actuais traços topográficos, e as produtivas planícies aluvionares resultam da erosão geológica. O transporte do material da superfície do solo na erosão geológica resulta da acção da água e/ou vento e/ou da força gravitacional. A água causa erosão através do impacto das gotas de chuva no solo (splash erosion); o escoamento superficial de água que resulta em erosão laminar (sheet - interrill erosion),ou em erosão em sulcos e em ravinas, devido ao fluxo superficial concentrado (rill - e gully erosion); erosão causada pelos rios, pela acção das ondas (erosão da praia ou "foreshore"), e pelo fluxo de água subsuperficial ("tunnel" ou erosão de túnel). O vento leva e transporta partículas de solo causando a perda de partículas de limo e areia muito fina do solo (tempestades de poeira - dust storms) e o transporte e acumulação de areia fina e média no lado sotavento da área (tempestades de areia - sand storms), deixando o material mais grosseiro no seu lugar original (pavimento de deserto). A força da gravidade pode causar (além do transporte de partículas em suspensão pelo escoamento superficial de água) movimentos em massa como queda de rochas, terra, arrastamento de solos e fluxos de lama no qual a água joga um papel como peso, lubrificante ou agente transportador. 13 II.4.3 Erosão acelerada ou erosão causada pelo homem A erosão acelerada é a perda em excesso à erosão geológica e é causada principalmente pela água e vento. Avança mais rapidamente que a erosão geológica e está associada com mudanças na cobertura natural ou condições do solo; geralmente tem lugar depois que o Homem perturba o balanço natural, removendo a cobertura vegetal protectora para introduzir as suas actividades de exploração da terra, principalmente a agricultura. A agricultura acelera todos os processos físicos e químicos da Natureza, e também o processo de erosão. Isto, combinado com o uso de técnicas impróprias de maneio da terra, e a falta de respeito pela protecção do solo dá à água e ao vento a oportunidade de danificar a terra. Menos vegetação para travar o vento, origina erosão pelo vento; menos vegetação para absorver a energia da chuva, dá mais erosão pela água (erosão de impacto, superficial) etc. II.4.4 Limites aceitáveis de erosão Parar a erosão totalmente é praticamente impossível porque sempre existiu erosão (geológica), mas ao menos devemos de travar a erosão acelerada até um nível aceitável para não continuar a perder terreno agrícola. Definir um nível aceitável de erosão é difícil. A resposta usual é que o objectivo da conservação do solo é que a terra só é usada de tal modo que o uso pode continuar indefinidamente [uso sustentável (sustainable land use)], i.e. sem afectar a fertilidade do solo, productividade, etc.). Isso quer dizer que a erosão do solo não pode ser maior que a sua formação. A velocidade de formação dos solos depende de muitos factores (clima, solo, material de origem etc) e é difícil medir mas a melhor estimativa é: ± 0.025 mm - 0.080 mm (0.3 - 1 ton/ha)/ano (condições não perturbadas) ± 0.250 mm (3.4 ton/ha)/ano (com lavoura) N.B.- a agricultura acelera a formação do solo com um factor 3 -10 (Hudson, 1981). A perda aceitável de solo depende também das condições do mesmo. Perder solo num local com apenas alguns dm de solo em cima da rocha é muito pior que perder solo num local com solo fértil profundo. Uma indicação qualitativa da perda aceitável de solo chama-se tolerância à erosão. 14 O limite máximo aceitável de perda de solo foi estabelecido em 0.8mm (11 ton/ha)/ano nos EUA (Hudson, 1981). A federação Central Africana usa metas de 9 ton/ha/ano para solos arenosos e 11/ha/ano para argilosos. Note bem que estes limites são ainda 3 vezes maiores que a velocidade de formação do solo, e mesmo estas metas ainda não foram conseguidas! 15 II.5 EROSÃO EÓLICA II. 5.1 Ocorrência A erosão eólica ocorre predominantemente em regiões planas, de pouca chuva, onde a vegetação natural é escassa e sopram ventos fortes. Embora geralmente considerada um fenómeno típico das regiões áridas e semi-áridas, como a zona Sul de Moçambique, a erosão eólica pode ocorrer também em outras regiões, sob as seguintes condições de solo, vegetação e clima: solo solto, seco e com textura fina; superfície lisa; cobertura vegetal rala ou inexistente; terreno aberto, sem nenhuma obstrução para redução da força do vento; vento suficientemente forte para iniciar o movimento das partículas de solo. As regiões mais sujeitas à erosão eólica localizam-se no Norte da África, na Ásia, Austrália e partes da América do Norte. II.5.2 Sintomas A erosão eólica não pode ser classificada pela forma, como no caso de erosão hídrica, apenas pela intensidade. Pode afectar uma área pequena, mas também pode tomar a forma duma "tempestade de areia" ("dust storm"), cobrindo vários países. Isso ocorre, por exemplo, no Sahara. A areia levantada do Sahara pode afectar o movimento de aviões nos aeroportos de Cabo Verde, a 500 km da costa. Áreas sujeitas à erosão eólica podem ser reconhecidas pelos seguintes sintomas: Pavimento desértico (“Desert pavement”), i.e. superfície do solo com concentração de areia grosseira e cascalho; (mini-)dunas; ocorrência de nuvens de poeira durante as ventanias; estradas parcialmente cobertas com areia; exposição das raízes das plantas erectas e árvores; arbustos semi-enterrados; II.5.3 Mecanismo da erosão eólica O movimento das partículas de solo é causado pela força do vento, exercida contra a superfície do terreno. Junto à superfície, a velocidade do vento é muito pequena. Com o aumento da altura, aumenta a velocidade, e ocorrem turbulências causadas pela rugosidade da superfície, por 16 exemplo relacionada com a cobertura vegetal ou construções (Bertoni e Neto, 1990:81). Quanto mais irregular o terreno, maior a altura sem ou com pouco vento (Figura 6). A mudança de velocidade com a altura é conhecida como gradiente de velocidade. Há três tipos de movimentos de partículas de solo: suspensão (suspension), saltação (saltation), arrastamento (creep). Esses tipos são semelhantes ao movimento de partículas em líquidos. Os três mo Esses tipos são semelhantes ao movimento de partículas em liquido. Os três movimentos ocorrem normalmente em simultâneo. A maior parte do movimento ocorre perto da superfície, a uma altura de não mais que um metro. Acima dessa altura, o único tipo de movimento possível é normalmente a suspensão, enquanto perto da superfície todos os tipos ocorrem (Frevert et al, 1955:117). Na Tabela 1 apresenta-se uma indicação da importância de cada tipo de movimento. Segundo Bertoni e Neto (1990:81) a velocidade mínima do vento, necessária para iniciar o movimento das partículas mais susceptíveis do solo (de 0,1 mm de diâmetro) é de cerca de 15 km/h a uma altura de 0,30 m da superfície. As partículas de 0,1 a 0,5 mm de diâmetro são Tabela 1. Importância relativa dos três tipos de movimento de partículas pelo ar à base de experimentos laboratoriais (Fonte: Frevert et al, 1955:117). Tipo de Movimento % do solo movimentado Saltação 55 – 72% Suspensão 3 – 38% Arrastamento 7 – 25% Figura 6. Gradiente do vento sobre uma superfície lisa (A) e irregular (B). Fonte: Hudson, 1986, p 267 (com pequenas modificações). Velocidade do vento Lisa Velocidade do vento Lisa rugosa rugosa 17 conduzidas a saltos, percorrendo cada vez uma distância de 10 a 15 vezes a altura ao que estão levantadas e retornam à superfície. As partículas de 0,5 a 1,0 mm são arrastadas. As partículas menores que 0,1 mm de diâmetro podem ser transportados em suspensão, em geral iniciado pelo impacto das partículas saltitantes. Uma vez que entram nas camadas de ar turbulentas podem ser carregadas vários quilómetros. A capacidade do ar para o transporte de partículas pode ser grande. Uma estimativa comumente referenciada indica que um quilómetro cúbico pode carregar aproximadamente 30.000 toneladas de solo (Frevert et al, 1955:118). Alguns autores consideram isto um grande exagero (p.e. Hudson, 1986, p. 272). A deposição do sedimento ocorrequando a força da gravidade ultrapassa as forças que sustentam as partículas no ar. Isto ocorre quando o vento diminui ou quando obstruções na superfície alteram a turbulência (Bertoni e Neto, 1990:82). II.5.4 Modelos para a erosão eólica A perda de solo pela erosão eólica, é mais difícil de medir do que a perda de solo pela erosão hídrica, pois os sedimentos no primeiro caso são muito mais difíceis de captar. Chepil e Woodruff (1963) apresentaram a seguinte equação, baseada em numerosos experimentos com túneis de vento: E = f (I, K, C, L, V), (6.2) com: E = Perda de solo em toneladas por hectare por ano; I = Índice de erodibilidade do solo; Questão: O valor de 30.000 ton.km -3 corresponde com quantas g.m -3 ? Figura 7. O caminho percorrido por uma partícula saltitante. Fonte: Hudson, 1986, p. 268 (com pequenas modificações). Cerca de 10 * h 18 K = Rugosidade da superfície do solo; C = Factor climático relacionado com a velocidade do vento e a Humidade do solo; L = Comprimento (na direcção do vento predominante) do campo afectado; V = Factor que refere à cobertura vegetal. As relações matemáticas entre estes factores são complexas, e não podem ser simplesmente multiplicados, como no caso da USLE. A equação foi principalmente desenvolvida para - e testada em – as chamadas “grandes planícies” dos Estados Unidos da América. Recentemente, foi publicada a “Revised Wind Erosion Equation”, com pretensão de aplicação mais geral, implementado em programa de computador.# II.5.5 Impacto da erosão eólica Um aspecto importante para levar em conta na estimativa do prejuízo causado pela erosão eólica, é que o vento sempre leva as partículas mais leves, que são basicamente as partículas mais finas e a matéria orgânica. Daí que resulta uma grande redução da fertilidade do solo. Por essa razão, a erosão eólica pode ser mais desastrosa do que se percebe pelo volume de solo perdido. É provável que o impacto relativo do vento sobre a perda de nutrientes é maior durante os primeiros anos depois duma área ser cultivada porque nos anos seguintes, as partículas finas já têm sido removidas do solo superficial. Por essa razão, o prejuízo causado pela erosão eólica pode ser muito grande, mesmo quando a perda total de solo em si não seja excessiva (Frevert et al, 1955:125-6). II.5.6 Controlo Os mecanismos que ocasionam a erosão eólica indicam que ha três métodos básicos para o seu combate: aumentar a estabilidade do solo e a rugosidade da sua superfície; manter uma cobertura na superfície do solo; colocar barreiras perpendiculares à direcção dos ventos dominantes. Esses três métodos básicos podem ser implementados através de vários tipos de medidas: medidas vegetais (por exemplo: tipo de cultura) práticas de cultivo medidas mecânicas controle do solo 19 A. Medidas vegetais A vegetação tem numeroso efeitos no controle da erosão eólica: Aumento da rugosidade do terreno; captação de partículas do ar; estabilização da estrutura do solo; protecção física pela vegetação rasteira. A manutenção duma cobertura vegetal é a maneira mais eficaz para controlar a erosão eólica. A vegetação modifica a rugosidade da superfície, adaptando assim a velocidade do vento. A Figura 8 mostra como trigo, beterraba, relva e neve influenciam a velocidade de vento. É possível ver que o efeito não se limita à altura da vegetação, mas pode ser notado até mais que 16 pés (ca. 5 metros) da superfície. A altura zo é a chamada "altura de rugosidade". A partir dessa altura o incremento da velocidade torna-se exponencial. A distribuição da velocidade do vento no caso de neve é semelhante àquela do solo sem cobertura (Frevert et al, 1955:128-130). Zo = Altura de rugosidade A lt ur a em p és T ri go B et er ra ba R el va C ob er tu ra d e ne ve Velocidade do vento (mph) Figura 8 Distribuição da velocidade do vento com diferentes tipos de cobertura vegetal (fonte: Frevert et al, 1955:129). 20 Há três métodos principais para a utilização da vegetação como meio no combate à erosão eólica (Frevert et al, 1955:130-134): Culturas densas Quebra-ventos de arbustos e árvores Combinações de culturas em faixas A.1 Culturas densas Culturas densas dão uma maior protecção do que culturas ralas. Geralmente, é mais eficaz que a combinação de culturas descritas sob A.3. A erva numa área de pastagem tenda a acumular partículas de solo provenientes de campos lavrados vizinhos. Plantar ervas ou arbustos é a melhor solução para a estabilização de dunas no combate à erosão eólica. Plantas herbáceas que podem ser utilizadas para a fixação de areias são, por exemplo: Carnavalia Roseus, Carpobrotus dimidiatus, Canavalia maritima, Cyperus maritimus, Ipomaea pes-caprae, e Vigna marina. Entre os arbustos destacam-se: Mimusops caffra e Diopyros rotundifolia. Essas espécies foram identificadas como colonizadores na pensínsula de Macaneta (Berg et al., 1996) e/ou na Ilha de Inhaca (com. oral, Ton Rulkens, 21-1-1997), mas ocorrem ao longo de toda costa moçambicana. A.2 Arbustos e árvores A plantação de árvores como quebra-ventos é talvez o método mais conhecido para o combate à erosão eólica. Entre 1850 e 1955 plantou-se nos Estados Unidos quase 200.000 km de quebra- ventos. Além de combater a erosão, também contribuem para a produção de combustível (lenha, carvão), melhoram as condições para o gado (protecção contra chuva, sol, ventos gelados) e assim a sua produtividade, reduzem a perda de água pelas culturas através da evapotranspiração, protegem as culturas dos estragos causados por ventos quentes, melhoram a frutificação em pomares, e melhoram a eficácia de medidas de combate de pragas (Frevert et al, 1955:131-134). Em adição, podem fornecer vários produtos não madereiros como frutos, pasto para o gado, medicinas, etc. O efeito dum quebra-vento é mostrado nas Figuras 9 e 10 Os dados da figura 10 foram obtidos a partir de experimentos com uma barreira tipo “persiana”, com relação entre comprimento e altura de 19:1 e com uma densidade média de 50%, mas mais aberta na parte baixa do que na parte superior. Podem ser esperados resultados semelhantes duma linha de árvores com uma densidade equivalente. Como pode ser verificada na figura 9, a velocidade do vento é modificadas em ambas as direcções, na direcção barlavento a mudança é notável a uma distância de cerca de 8 21 vezes a altura da barreira, e na direcção sotavento 24 vezes. Em geral, a redução de velocidade de vento ocorre a uma distância de entre 5 a 10 vezes a altura das árvores na direcção barlavento e 10 a 30 vezes a altura na direcção sotavento. Assim, árvores com uma altura de 15 metros protegem uma área de 225 a 600 m (Frevert et al, 1955:131). Deve-se evitar quebra-ventos estreitos com uma densidade elevada na parte superior e uma densidade muito baixa na parte inferior, visto que isso pode conduzir ao efeito “túnel” ou “funil”, i.e. ventos fortes concentrados na área sotavento (Frevert et al, 1955:131). Em geral, nos limites do quebra-vento, a velocidade aumenta. Por essa razão deve se evitar quebra-ventos curtos e aberturas ou rupturas. Deve-se evitar que o quebra-vento seja atravessado perpendicularmente por caminhos ou estradas. Sempre quando for necessário interromper, é preciso adaptar o desenho do quebra-vento e da estrada (Frevert et al, 1955:132). Figura 9 Padrões da supressão do vento na vicinidade de quebra-ventos com densidades diferentes (fonte: Caborn, 1965:33) 22 A largura do quebra-vento pode variar. Quanto à sua composição específica deve se lembrar que é preciso evitar aberturas nas partes inferiores. Isso pode ser atingido através da plantação dearbustos (no lado barlavento) em combinação com as árvores. As árvores devem ter folhas durante a época de risco e por essa razão se prefere normalmente espécies perenifólias (sempre- verdes) (Frevert et al, 1955:132-134). Figura 10. Percentagem da velocidade do vento normal na vizinhança dum quebra-vento com uma densidade média de 50% (fonte: Frevert et al, 1955:132). 23 Para o desenho de quebra-ventos é preciso tomar em conta os seguintes aspectos (Caborn, 1965:200-206): a. Orientação: O quebra-vento deve ser plantado perpendicularmente à direcção do vento predominante ou mais erosivo. Para esse efeito é necessário recolher dados sobre direcção e velocidade do vento, principalmente durante as épocas de alto risco (Frevert et al, 1955:132). A orientação óptima é perpendicular à direcção do vento mais forte ou mais prejudicial. Na prática isso pode ser difícil por causa de divisões existentes no terreno (posse). Mas como a direcção do vento é sempre um pouco variável, há uma margem de digamos 45 o dentro de qual o quebra-vento continua eficaz embora com uma área protegida menor. b. Comprimento: Para contribuir significativamente à protecção, o comprimento tem que ser pelo menos doze vezes a altura (portanto: 120 m para um quebra-vento com 10 m de altura). Caso haver variação na direcção do vento, o cumprimento deve ser maior, por exemplo pelo menos 24 vezes a altura. c. Desenho: Quando possível, deve-se aproveitar dos elementos existentes no terreno como pequenas manchas florestais ou grupos de árvores. Assim é possível reduzir os custos de estabelecimento. Isolados, esses elementos têm um impacto reduzido sobre a velocidade do vento, mas integrados numa barreira tornam-se úteis. Também deve-se olhar para áreas ainda não aproveitadas ou sub- aproveitadas que se possam tornar rentáveis pela sua integração em quebra-ventos. No desenho deve-se evitar aberturas ou brechas. Caminhos devem atravessar a barreira numa protecção especial. Figura 11: Efeito de plantações de árvores sobre a velocidade do vento (fonte: Bosworth & Foster, 1982:266) 24 O intervalo entre as filas deve ser não mais que 26 "alturas". A redução da erosão eólica exige filas mais densas, com uma distância não superior a 10 a 15 "alturas". Para áreas férteis recomenda-se na Alemanha a desatinação de um por cento da área a quebra-ventos, em áreas mais sensíveis, a área ocupada pode ultrapassar os cinco porcentos. d. Largura A largura depende principalmente do nível de satisfação de outras exigências, isso é, da capacidade de reduzir a velocidade do vento e da relação entre a área perdida para culturas (em campos de cultivo) e o aumento nos rendimentos resultantes da protecção contra o vento. O crescimento das árvores depende largamente da qualidade do solo. Se o solo for muito fértil, talvez não seja necessário plantar uma faixa muito larga para chegar à densidade e altura desejada. É possível manter quebra-ventos que são compostos por apenas uma fila. No entanto, têm a desvantagem de ser pouco flexíveis. No processo da regeneração, é preciso estabelecer primeiro uma outra fila antes de ser possível remover a antiga sem prejudicar muito a protecção do solo (Caborn, 1965:209). Outra vantagem duma largura maior é que é possível chegar a um perfíl menos regular, que é favorável à redução de turbilhões (“eddying”). Porém, a largura não pode ser muito grande, porque isso reduz o desvio do corrente de ar. f. Permeabilidade O quebra-vento ideal deve “filtrar” o vento, sem provocar turbilhões prejudiciais e sem bloquear completamente a passagem do vento. O ar que sai do outro lado do quebra-vento tem uma velocidade menor e faz com que o ar que vem de cima não possa descer rapidamente para o solo e resumir a sua velocidade anterior a pouca distância da fila. Portanto a largura da "sombra" criada pelo quebra-vento é maior do que no caso de quebra-ventos fechados que podem ser perigosos no sentido de a turbulência criada durante a descida do ar poder estragar as culturas imediatamente atrás da fila (Caborn, 1965:31). A figura 9 mostra também o efeito da variação da densidade sobre a velocidade do vento. De preferência a parte mais baixa seja mais densa que a parte superior, que sirva para "pentear" a turbulência do ar (Caborn, 1965:35). A densidade óptima normalmente é entre 50 e 60%, significando que 40 a 50% do vento deve ser capaz de passar pela barreira, e as folhas, ramos e toros ocupam 50-60% da superfície olhando de 25 frente. Aquela densidade corresponde a um abatamento do vento de 20%#? (vide figura 9e figura 10). É importante que a porosidade seja distribuída homogeneamente. A densidade de 60% corresponde normalmente a uma situação em que é possível distinguir objectos do outro lado da faixa sem ser capaz de vê-los claramente e reconhecê-los com facilidade. g. Perfil É recomendável ter um perfil variável através da aplicação de espécies diferentes (vide Figura 12). Bosworth e Foster (1982:268) recomendam ainda plantar outras culturas como o girassol entre as filas para chegar a uma protecção melhor na fase inicial. As exigências que se deve fazer às espécies para serem aplicadas em quebra-ventos são: devem obter rapidamente a altura desejada: devem permitir, quando adultas, o crescimento duma camada arbustiva inferior para fechar as brechas; Figura 12: Um perfil irregular (c) é mais eficaz que estruturas uniformes (a) e (b) quanto à redução de turbilhões (fonte: Caborn, 1965:207). 26 devem ser resistentes ao vento; devem produzir um produto útil (madeira, frutos, lenha, etc.) não devem competir (muito) com a cultura na área a ser protegida (p.e. sistema radicular não deve ser muito proliferado no sentido lateral; árvores muito altos ou com copas largas competem para a radiação solar. não devem hospedar pragas ou vectores de pragas (em campos de cultivo). Espécies recomendadas para quebra-ventos sob as condições de Moçambique são: Casuarina equisetifolia (proposta: combinação com talhadia de Leucaena leucocephala) Eucalyptus spp. Pinus spp. (para as terras altas e mais húmidas, por exemplo Manica ou Namaacha) Leucaena leucocephala Bambu (Oxytenenthera abyssenica) Azadyrachta indica (neem) Hibiscus tiliae (ao longo da costa, por exemplo Július Nyerere, Marginal) De Van Wyk (1994) ainda tirei algumas espécies que têm um crescimento rápido e ocorrem no Kruger Parque (olhei principalmente para a velocidade do desenvolvimento da planta). Os números entre parênteses referem à classificação Sul-africana. Albizia adianthifolia: cresce rapidamente até uma altura de 18 metros mas tem uma forma desfavorável com uma copa larga (148). Acácia robusta: cresce rapidamente até 20 metros de altura, decídua, copa tenda a se alargar (183.1). Ekbergia capensis: atinge 18 metros e sob condições húmidas sempre-verde. Tem uma copa larga e densa, cresce rapidamente (298). Trichilia emitica (mafurreira): sempre-verde, com uma altura de 20 metros. Copa redonda e densa, precisa de água. Tem um crescimento extremamente rápido (301). Antidesma venosum: árvore pequena (8 metros), semi-decídua até sempre-verde com uma ramificação baixa e copa densa e redonda (318). 27 Bridelia micrantha: árvore média com uma altura até 18 metros. Decídua, com tronco alto e nu. As sementes germinam facilmente. Crescimento extremamente rápido. Precisa de água permanente (324). Combretum erythrophullum: Altura até 12 metros; decídua ramificação baixa cresce depressa, mas é uma espécie ribeirinha (536) Syzygym cordatum: árvore média com altura ate 15 metros; sempre-verde, com copa densa, redonda e tronco curto. Cresce rapidamente, mas precisa de água (555). Syzygum guineense: semelhante ao Syzygum cordatum (557). Sclerocarya birrrea (canhú): até 15 metros. Decídua, com tronco alto e copa densa e redonda; cresce relativamente rapidamente de sementes e estacas (360) Croton megalobotrys: pode atingir 15 metros, mas normalmente é mais baixa (5 metros). Tronco é curto, a copa densa e redonda. Precisa de água (terras aluviais). Crescimento extremamente rápido (8 m em 4 anos) (329). Nota-se que a maioria dessas espécies apresenta uma copa larga ou redonda, o que é considerada uma desvantagem para seu uso como quebra-vento. Uma combinação recomendada é: 1. espécie de crescimento rápido 2. espécie sombrófila para a camada inferior 3. espécie de crescimento mais lente que vai constituir o cernel do quebra-vento ao longo prazo. Para manter uma protecção algo irregular pode-se fazer uma configuração desses três tipos como a seguir: 1 2 3 2 1 2 3 2 2 3 2 3 2 3 2 3 3 2 1 2 3 2 1 2 Um problema é que, normalmente, se desconhecem as características ecológicas das espécies indígenas. Assim, a aplicação dessas espécies significa efectivamente a execução dum ensaio. Seria bom que fosse tratada dessa maneira. 28 A.3 Combinação de culturas Esse sistema é composto pela combinação de culturas mais altas com culturas mais baixas (p.e., milho com batata doce ou vegetais). Também pode consistir de uma combinação de terras em estágios diferentes de cultivo ou desenvolvimento da cultura: uma faixa de terreno em preparo ou com uma cultura jovem é combinada com uma faixa com uma cultura já bem desenvolvida. B. Métodos de maneio Há vários métodos de maneio que ajudam a controlar a erosão eólica: plantar ou semear culturas em faixas alternadas, sulcos e camalhões, aplicação de resíduos orgânicos como mulch B.1 Culturas em faixas ("Strip cropping") Este método também já foi considerado como método de combinação de culturas (ítem A3). Há varias opções para as culturas em faixas. Consiste da alternância de áreas cultivadas com áreas não cultivadas, com a terra ainda sem cobertura. Às vezes é necessário fazer um compromisso no desenho das faixas: para efeitos de erosão hídrica opta-se para faixas paralelamente às curvas de nível; para a erosão eólica deve se tomar em conta a direcção predominante dos ventos erosivos. A largura das faixas depende da força do vento, da erodibilidade do solo, e das exigências agrícolas. B.2 Sulcos e camalhões Através de técnicas de lavoura é possível criar sulcos e camalhões. Sulcos perpendiculares à direcção predominante do vento aumentam a rugosidade do terreno e travam a velocidade do vento. B.3 Resíduos de vegetação Manter no terreno restos das culturas tais como os caules (por exemplo no caso de milho), raízes ou outros resíduos (feno, palha, folhas) aplicados sob forma de mulch aumenta a rugosidade e trava a erosão. Em adição captam partículas e promovem a sua deposição (Frevert et al, 1955:137). C. Métodos mecânicos Métodos mecânicos consistem na aplicação de estruturas mecânicas como redes, tábuas, etc. Estes métodos não são comuns na agricultura, devido aos custos elevados. Aplica-se 29 normalmente em quintais e nas fases iniciais dos projectos de estabilização de dunas. O efeito é semelhante aos dos quebra-ventos discutidos anteriormente (Frevert et al, 1955:138-139). No caso da estabilização de dunas, onde grande parte do movimento das partículas é na forma de arrastamento e saltação a uma altura de poucos decímetros (partículas de areia grosseira), as redes de #… cm de altura (sand fences) formam uma barreira eficaz. A aplicação de terraços também pode contribuir no combate contra a erosão eólica. D. Controlo do solo Há duas medidas de controlo do solo que devem ser mencionadas: conservação da humidade e o melhoramento das características da camada superficial. D.1 Conservação da humidade do solo Em particular nas regiões secas, a conservação da humidade do solo é uma medida importante no combate à erosão eólica. A irrigação é um método muito efectivo, pois o solo pode ser mantido permanentemente húmido, o que reduz a susceptibilidade à erosão eólica a praticamente zero. Deve-se levar em conta que, para um controle total, será necessário irrigar sempre, mesmo quando não tem cultura no campo. Isto muitas vezes não é economicamente viável. A conservação da humidade do solo também pode ser atingida através do aumento da infiltração (para diminuir escoamento superficial), da redução da evapotranspiração, e da prevenção de crescimento de plantas desnecessárias. As práticas normalmente aplicadas são a construção de terraços, aplicação de mulch, e selecção de culturas apropriadas (Frevert et al, 1955:139). D.2 Melhoramento da camada superficial O objectivo central deste tipo de medidas é aumentar o tamanho e a estabilidade dos agregados: agregados maiores não podem ser levantados com facilidade pelo vento. Em regiões semi-áridas deve-se lavrar imediatamente depois da queda da chuva. Deve-se também reduzir o número de operações para evitar a deterioração da estrutura do solo. A rotação de culturas diferentes também favorece a estabilidade da camada superior (Frevert et al, 1955:141-142). Importantes são também a inclusão de pastagens (melhoradas) no sistema de rotação, e a manutenção da fertilidade do solo. A aplicação de estrume e calcário (ou gesso) podem ser recomendáveis. Cálcio tem um efeito directo na estrutura do solo. Uma fertilidade mais elevada resulta num desenvolvimento melhor da vegetação, conduzindo assim a uma cobertura vegetal 30 mais densa, forte, resistente e viável e mais resíduos orgânicos que possam ser aplicados como mulch (Euroconsult, 1989:462). Questões 1. As nuvens de poeira consistem principalmente de partículas em suspensão. Porém, em geral o movimento por saltação é considerado o mais importante na erosão eólica. Indique duas razões porque. 2. Em muitos casos, o pousio (ou pastagem) como parte da rotação de culturas, resulta num aumento da fertilidade química do solo (p.e. teores de P, K, Ca, Mg), maior do que pode ser explicado pela meteorização dos minerais. Alguns cientistas têm uma explicação para este fenómeno, que envolve a erosão eólica. Tem uma ideia de como isto pode funcionar? 31 II.6 O mecanismo da erosão hídrica II.6.1 Introdução Podemos classificar as Formas de erosão conforme o grau de concentração do escoamento superficial. Em ordem progressiva: - erosão por impacto de gotas de chuva (splash erosion); - erosão laminar (sheet erosion, interrill erosion); - erosão em sulcos (rill erosion); - erosão em ravinas (Br: em voçorocas; gully erosion); - erosão pelos rios (river erosion). Até pouco há pouco tempo a erosão por impacto não foi considerada nesta classificação, o que já não está de acordo com os conhecimentos actuais porque ignora a transferência da energia da gota de chuva ao cair na terra o qual é o primeiro passo do processo da erosão hídrica. O termo "erosão laminar" em sensu estrito também não está correcto porque sugere que o escoamento superficial aparece como uma lâmina de água fluindo para baixo, o que quase nunca corresponde à realidade; e, só a velocidade não é suficiente para erodir as partículas de solo, como se vê com pedestais. Por isso foi introduzido um novo termo para indicar a erosão que ocorre homogeneamente em todo superfície: erosão entre sulcos (interrill erosion). Como os termos "erosão laminar" e sheet erosion são muito popularizados (Vide por exemplo os Guidelines for soil description (FAO, 1990)) preferimos empregar estes termos neste texto. II.6.2 Erosão pelo impacto das gotas de chuva O processo de erosão começa com o impacto das gotas de chuva, as quais podem atingir uma velocidade de 30 km/h. Estas gotas têm muitaenergia e arrancam as partículas finas, espalhando-as em todas as direcções, especialmente para baixo do declive, podendo causar a desintegração (slaking) dos elementos estruturais (Figura 13). O efeito dessa erosão num solo não protegido pode ser considerável. As pequenas partículas são lavadas do campo ou depositadas perto e podem conduzir ao "fecho/selamento" da superfície, também por causa da compactação pelas gotas. O fecho da superfície (surface sealing) tende principalmente a ocorrer em solos de textura limosa (Br. siltosa), já que as partículas de limo não mostram coerência como as partículas de argila enquanto ainda são tão finos que podem facilmente ser transportados em suspensão 32 Figura 13: Transporte de partículas de solo pelo impacto das gotas de chuva (Zaslavsy & Sinai, 1977). O humedecimento por todos os lados de agregados de solo seco pode causar que o ar preso saia bruscamente dos agregados pela força, destruindo o torrão de terra (explosão de ar). Este fenómeno tem tendência especial para solos de textura franca, siltosa e arenosa, onde a coesão é menor que na argila e o potencial de plasticidade (mudança gradual de forma) é baixo ou ausente (Bergsma, 1977)! II.6.3 Erosão laminar A erosão laminar é a remoção uniforme do solo em camadas finas ou superficiais de terras inclinadas. Passa muitas vezes despercebida porque ocorre gradualmente. Opera contudo em grandes áreas e geralmente causa a maioria das perdas do solo. A desnudação ocorre mais que a incisão (Bergsma, 1977). O escoamento superficial (runoff, overland flow) tem lugar localmente sobre a superfície da terra. Este tipo de erosão ocorre principalmente como resultado da turbulência causada pelo impacto das gotas de chuva. O material fino que foi desligado é transportado na camada fina de água superficial. Este material seria depositado devido à baixa velocidade se não fosse mantido em suspensão pela turbulência das gotas de água caindo na camada fina da chuva correndo. A água do escoamento superficial é muita vezes colorida pelo material em suspensão, na maioria partículas de argila e material orgânico. Partículas maiores como limo, areia e cascalho são movidas por um processo de rolamento, salto ou arraste. 33 O transporte pelo escoamento superficial é selectivo. É principalmente o material fino que é removido pela erosão, o material grosseiro do solo é geralmente deixado na superfície, como cobertura que protege o solo duma futura e severa erosão. O microrrelevo, plantas e a rugosidade superficial logo providenciam pequenas concentrações locais na lâmina de água onde a protecção é menor que noutros sítios. Nestes locais a profundidade e consequentemente a velocidade do fluxo tornam-se maiores e um processo de "micro rilling" (rill = sulco) tem lugar. A velocidade do fluxo é aproximadamente 0.3-0.5 m/s (1-2 km/h). Remoinhos podem ocorrer como transição a fluxos turbulentos. Características conhecidas de solos afectados pela erosão laminar são: - horizonte superficial (horizonte A) fino e exposição do subsolo (manchas mais claras e possível exposição de rocha mãe no terreno) - Acumulações relativamente grandes de areia grosseira, cascalho e pedras na camada arável, o material fino foi lavado. - Exposição de raízes, pedras, pedestais etc. - Depósito do material fino, sedimentado no lado mais baixo do campo. Factualmente a remoção do solo em camadas finas, da terra inclinada não ocorre. "microrilling" tem lugar quase simultaneamente com a primeira separação e movimento das partículas do solo. II.6.4 Erosão em sulcos A erosão em sulcos (Ing: rill erosion) tem sido definida como a remoção do material do solo por pequenas concentrações de água corrente com a formação de canais (sulcos) que são suficientemente pequenos para serem alisados completamente pelos métodos de cultivo normais (anonymus, 1970). A erosão laminar pode tornar-se erosão em sulcos, quando diferenças locais na velocidade do fluxo levam a diferenças no poder erosivo. A velocidade aumentada nas passagens fáceis leva ao aumento da erosão, um processo chamado "micro rilling". 34 Sulcos ocorrem quando a água do escoamento superficial se concentra em correntes com volume e velocidade suficientes para deixar pequenas incisões na superfície da terra. Não existe uma definição muito clara para o limite entre a erosão laminar e a erosão em sulcos. Embora a erosão em sulcos seja mais aparente que a erosão laminar, também passa muitas vezes despercebida. O maneio de machambas (farm management) pode interromper o desenvolvimento de sulcos e a lavra pode obliterá-los por algum tempo. Mas eventualmente o processo recomeçará, com a formação de novos sulcos. A erosão em sulcos é mais séria em lugares onde tempestades intensas ocorrem sobre solos que apresentam muito escoamento superficial e que tem um horizonte superficial pouco coerente e pouco profundo. Os sulcos têm profundidade de 30-50 cm e as paredes dos seus lados são verticais por um tempo imediato após um aguaceiro. Somente chuvas muito leves não afectam a forma do sulco e podem deixar algumas paredes como eram, num estado colapsado ou alisado. II.6.5 Erosão em ravinas A erosão em ravinas (Ing: gully erosion; Bras: Erosão em voçorocas) É definida como a remoção de material do solo por concentrações de água suficientemente fortes para causar a formação de canais ou valas que não podem ser aplainados completamente por métodos usuais de cultivo (anonymus, 1970). Este tipo de erosão produz canais mais largos que sulcos (profundidade > 50 cm). Estas valas levam a água durante e imediatamente após as chuvas e sendo distintas dos sulcos não podem ser obliteradas pelo cultivo da terra, assim, a erosão em ravinas é um estado avançado da erosão em sulcos, tanto como aquela é um estado avançado da erosão laminar: uma ravina desenvolve-se por processos que podem ter lugar tanto simultaneamente como durante diferentes períodos do seu crescimento: 35 - Erosão por queda de água (wat- erfall) na cabeça do canal; - Erosão de canal - causada pelo fluxo de água através do canal e/ou por gotas de chuva caindo no solo desprotegido do canal; - Derrubamento ou movimentos em massa de solo num canal; A Figura 14 mostra esquematica- mente o desenvolvimento duma ravina. A erosão em ravinas é quantitati- vamente menos importante que a erosão laminar, mas é mais aparente e localmente muito destrutiva. É predominantemente um processo de incisão. Tem um certo desenvolvimento com o tempo: a incisão é seguida por alargamento e envelhecimento do canal até que atinge um estado estabilizado. A capacidade aumentada do canal para aguentar com um aguaceiro e a diminuição na sua bacia ou área de captura (catchment area) significam que o canal não é rejuvenescido por cada aguaceiro sobre o seu total comprimento, mas, tipicamente manifesta características precoces de desenvolvimento só na cabeça e afluentes. O colapso e retraimento das paredes laterais com o seu envelhecimento contribuem de certa maneira para a desnudação da terra (Bergsma, 1977). A extensão contínua do sistema de canais não só ameaça a terra arável, como também afecta estradas, construções, estruturas, cursos Fi Figura 14: Fases de desenvolvimento de uma ravina (Fonte: Morgan, 1979) 36 dos rios e pode causar derrubamentos de terra e "undercutting". O resultado final da erosão em ravinas não controlada é a total devastação da paisagem. Formação pronunciada ou prolongada de canais leva ao aparecimento de aspectos denominados barrancos. Estes são muito fundos e têm lados relativamente escarpados, em forma de V, U ou \_/. Os canais podem alcançar as dimensões de pequenos vales; as diferenças entre ravinas e vales estão no tamanho, naturezaperiódica do caudal, perfil mal "graded" com usualmente alguns níveis básicos e um declive irregular, assim como grande instabilidade das paredes no caso da ravina. II.6.6 Sedimentação e acumulação Remoção descontrolada de materiais de solo de um lugar significa sedimentação descontrolada e acumulação de solo noutro lugar. No caso da erosão causada pela água isto pode ser em qualquer lugar "downslope" ou ajuzante no sistema do rio. A sedimentação ocorre onde e quando a velocidade da água carregada com sedimentos diminui. Primeiro o material grosseiro será depositado e à medida que a velocidade do fluxo con- tinua a diminuir, as fracções de menor tamanho entrarão em "descanso". A carga mais fina atinge normalmente o mar onde contribui para a lodosidade do delta do rio. II.6.7 Factores que influenciam a erosão pela água II.6.7.1 Introdução Os factores mais importantes que influenciam na erosão são: clima, relevo, solos, vegetação e maneio (homem). Durante muitos anos foram feitas tentativas para qualificar e quantificar os efeitos do clima, solos, relevo, vegetação e maneio da terra sobre a erosão. A equação mundialmente mais aceite para estimar a perda de solo pela erosão foi desenvolvida na base de mais de 40 anos de medições em muitos Estados dos EUA (Wischmeier, 1958). Esta equação, pretensiosamente 37 chamada de Equação Universal de Perda de Terras (Universal Soil Loss Equation: USLE), está esquematicamente apresentada na Figura 8. A USLE calcula/estima a perda te terras A (ton.ha -1 ) como função de: R: factor erosivo da chuva (EtI 30) (MJ.mm.ha -1 .h -1 ) K: factor de erodibilidade do solo (ton.ha -1 R -1 ) L: factor do comprimento do declive (proporção) S: factor da inclinação do declive ( " ) P: factor da prática de conservação ( " ) C: factor do maneio de culturas ( " ) Figura 15: Equação universal da perda de solo (USLE) (Fonte: Hudson, 1981) 38 Sabemos que o uso indevido desta equação (sem validação) pode produzir resultados totalmente irrealísticos. O adjectivo "Universal" não corresponde a realidade. Infelizmente ainda não existe nenhum método que combina as qualificações "verdadeiramente universal", "fácil", "eficaz", "prático" e "quantitativo". II.6.7.2 Clima e erosividade da chuva Os factores climáticos que afectam a erosão são: precipitação, temperatura, vento, humidade e radiação solar. Destes, a precipitação é de longe o mais importante. Tanto a quantidade como a intensidade da precipitação afectam a perda de solo, contudo, a intensidade é mais importante que a quantidade total. Em muitas ocasiões uma ou duas chuvas torrenciais podem causar mais perda de terra do que todas as outras ocorrências de chuva juntas durante a estação. Ao considerar a influência da precipitação os seguintes elementos são de importância: - energia da precipitação - intensidade da precipitação - quantidade de " - duração - distribuição - erosividade Energia da precipitação A energia cinética das gotas de chuva ao cair (E = 1/2 mv 2 ) é o factor mais importante. Uma gota de chuva, ao cair alcança um nível energético de erosividade após uma queda de 5m, e um nível máximo de energia (velocidade terminal) é alcançado por uma gota de qualquer tamanho após 10 m de queda; porém gotas maiores, formadas nas folhas e caindo de 1-2 m de altura também podem causar erosão por impacto. A velocidade terminal das gotas de chuva de 1 mm é 4 m/s e as maiores de 5 mm alcançam 9 m/s (30 Km/h) Intensidade de precipitação 39 A intensidade da chuva (p.e. mm/hora) é muito importante. Se a intensidade da chuva for maior que a taxa de infiltração, haverá armazenamento de água na superfície do terreno. Depois de esgotar a capacidade de armazenamento superficial (surface storage capacity) ocorrerá escoamento superficial, causando erosão. A energia da precipitação está altamente correlacionada com a intensidade da precipitação (C.Q. diâmetro das gotas de chuva). Uma equação empírica mostra a seguinte relação (Morgan, 1979): Ei = 0.119 + 0.0873 log Ii (MJ.ha -1 mm -1 ) (J = NM) (1) = 11.9 + 8.7 log Ii (J.m -2 mm -1 ) com: Ei = energia cinética por mm de precipitação por unidade de superfície; Ii = intensidade da precipitaçãoi (mm/h). Em regiões tropicais e subtropicais as intensidades de chuva são muito maiores do que em regiões de clima temperado. Isto explica porquê os perigos da erosão são muito mais importantes em regiões tropicais (Figuras 16 e 17). Questão: Calcule analiticamente a relação entre intensidade de chuva e energia, para chuvas com gotas esféricas, caindo com uma velocidade terminal de 8 m/s Questão: Porque a velocidade terminal de gotas grandes é maior do que de gotas pequenas? Figura 16: Distribuição de precipitação em intensidades diferentes (Fonte: Hudson, 1981) Figura 17: distribuição de precipitação em intensidades diferentes (Fonte: Hudson, 1981) 40 Quantidade de precipitação: --> saturação do solo --> esgotamento do armazenamento superficial --> escoamento superficial --> erosão Em geral chuvas fortes resultam em maiores riscos de erosão. Especialmente com aguaceiros de longa duração: o horizonte superficial do solo fica saturado com água diminuindo a estabilidade do solo, e consequentemente promovendo riscos de erosão e escoamento superficial. A estabilidade estrutural do solo joga aqui um papel importante. Quando uma grande quantidade de precipitação é bem distribuída, o solo pode absorver a água que é percolada (drenada) para camadas mais profundas, resultando em menor risco de erosão. Da EQ.(1) pode entender-se que a erosividade está também relacionada com a quantidade de precipitação: Eti = piEi = pi (0.119 + 0.0873 log Ii) [MJ.ha -1 ] com: Ii = intensidade de precipitação, [mm.hr -1 ]; Eti = energia cinética total de precipitação pi com intensidade Ii, [MJ.ha -1 ]; Ei = energia cinética por mm de precipitação; [MJ.mm -1 .ha -1 ] pi = quantidade de precipitação, [mm] Erosividade (R) É a capacidade potencial da precipitação para causar erosão. Índices diferentes têm sido desenvolvidos para quantificar a erosividade. O mais importante é o factor de precipitação de Wischmeier & Smith (1958): Rj = (Et.I30)j = Etj.I30j, [MJ.mm.ha -1 h -1 ] com: Rj=a erosividade duma tempestade j com energia cinética total Etj [MJ.ha -1 ] e intensidade máxima durante 30 min daquela tempestade I30j [mm.hr -1 ]; I30 = a maior intensidade de precipitação durante 30 min durante essa tempestade j, [mm.ha -1 ] Uma tempestade é uma quantidade de chuva com Pj > 12.5 mm ou I > 25mm/hr e separado das outras tempestades pelo intervalo de pelos menos 6 horas sem precipitação. 41 R = Rj (R= erosividade diária, semanal, mensal ou anual) Exemplos de estimativas para R anual: Ateshian (1974) : EUA: Ra = 1.11 * 10 -3 . PA .(P 24 h T = 2 ).(P1 h T=2 ) + 660;área plana, subhúmida, semiárida, oeste dos EUA RA = 0.95 * 10 -3 . PA. (P24h T=2 ).(P T=2 1h) + 470 ; Mississipi, Estados do Golfo. RA = 0.82 * 10 -3 . PA.(P24h T=2 ).(P1h T=2 ) + 350; Estados nordeste PA = P média anual [mm] P24h T=2 = P durante 24 horas com T3 = 2 anos [mm] P6h T=2 = P ,, 6 ,, ,, ,, P1h T=2 = P ,, 1 ,, ,, ,, (LITERATURA : mais fórmulas, também para países Africanos AVISO: Utilizar com cuidado para outras áreas com outros climas. O factor R da erosividade anual é a soma de todos os factores Rj do ano sob consideração. R = Rj [MJ.mm.ha -1 .h -1 ] o factor R da erosividade anual da chuva é um valor que indica a erosividade da chuva numa escala baseada no index Et.I30 [MJ.mm.ha -1 .hr -1 ] A distribuição da probabilidade dos R - valores pode ser representada por curvaslog normal; em termos gerais o valor R que ocorre uma vez em 20 anos é 2 vezes maior do que a média dos R - valores (P=50%) 42 A Tabela 2 apresenta valores (anuais) indicativos de R para vários países. A Figura 18 dá a distribuição da erosividade média estimada (R) ao longo do ano. Os valores de R foram estimados na base de quantidades médias de precipitação, não sabendo as intensidades, supondo então uma relação linear (proporcional) entre a precipitação e R. Figura 18: Distribuição da erosividade estimada (R) sobre o ano P re c ip ita ç ã o (P ) Erosividade R=f(P,I) P R? Tempo 1 ano 43 Tabela 2. Valores de R (MJ*mm*ha -1 *hora -1 *ano -1 ) para alguns países e locais País Local Erosividade Maneira de estimar Argentina Bélgica Brasil Camerões Tchad Alemanha India Costa de marfim Indonesia Jordania Luxemburg Madagascar Mexico Marrocos Holanda Niger Nigéria Zimbabwe Senegal Espanha Tunesia Estados Unidos de América Burkina Faso Corrientes géral Brussel Belém Campinas Dschong Douala Deli Regensburg Berchtesgaden Bombay Mangalore Abidjan Bouaké Divo Jakarta Janin Amman norte Béfandriana Taheza Manankazo Ampamaherana Nanokely Ciudad Lerdo géral Fes Melenes De Bilt Allokoto Ngumi Kano géral Bambey Sifa Mérida géral centro géral Birmingham Des Moines Louisana géral Bobo Dioulasso Dori Ouagadougou 5600 500-2000 600-700 15000 12000 6100 34000 5400 700 2300 11000 25000 12000 5100 8200 39000 1500 1200 300 13000 4900 8700 6000 6200 400 500-2900 800 1000 800 2500 1100 4300 3700 3200 6400 900 600-2900 2300 900-11000 6000 2300 10000 2000-6400 5600 2600 4300 F A F E E A A F E E E F B B D D D D D F B E F F A E E B A A A E E E Maneiras de estimar: A: R= EI30 D: R= a Pb*I30+b B: R= a*Pa*P24h*P1h+b E: R= D com adaptacoes C: R= a*P6h 2.17 F: R= método KLINGEBIEL 44 II.6.7.3 Características físicas do solo (K) As propriedades físicas do solo afectam a capacidade de infiltração e a facilidade com que o material de solo pode ser deslocado e transportado. Estas propriedades que influenciam a erosão incluem: Estrutura do solo, textura, matéria orgânica, humidade e densidade, assim como características químicas e biológicas do solo. A estabilidade estrutural da camada arável joga um papel muito importante. Uma estrutura estável resiste à desintegração de agregados do solo, e estes solos mantêm-se porosos, com uma elevada taxa de infiltração. Neste contexto, a distribuição do tamanho das partículas, a saturação em Na do complexo sortivo do solo (PST), os tipos de minerais argilosos e a matéria orgânica, são de grande importância. Teores elevados de areia e limo correspondem com estabilidade estrutural fraca. O solo com uma estrutura instável desintegra-se rapidamente: o efeito compactador e enlameador das gotas de chuva promove o escoamento superficial. Um bom solo de estrutura estável apresenta agregados granulares ou grumosos no horizonte A, com porosidade elevada e heterogénea. Além da estabilidade estrutural da camada arável a profundidade do perfil do solo é também muito importante. Um perfil profundo (sem horizontes impedindo o movimento da água) significa uma boa capacidade de armazenamento de água e consequente pequeno risco de saturação do horizonte superficial. A vulnerabilidade do solo à erosão é geralmente chamada erodibilidade do solo, definida como a quantidade de solo perdida como consequência da acção de agentes erosivos (exº chuva, velocidade do fluxo), num terreno descoberto, sem praticas conservacionistas. Até agora nenhuma característica ou índice de solo foi encontrada que produz um meio satisfatório de predizer a erodibilidade de todos os solos. O factor K da erodibilidade do solo na "equação universal de perda de solo" é a perda de solo em ton/ha por unidade de erosividade da chuva (R) [(MJ.mm)/(ha.h)] dum capo padronizado. Um campo padronizado tem as seguintes características: - comprimento do campo = 22.1 m --> L=1 45 - inclinação do campo = 9 % --> S=1 - A terra está nua sem culturas --> C=1 - lavrada de cima para baixo do declive -> P=1 A correlação da perda de solo com propriedades físicas e químicas não foi ainda totalmente desenvolvida. Valores indicativos de K para alguns solos de textura diferente são dados na Tabela 3. II.6.7.4 Relevo Os traços topográficos que influem na erosão são: grau e comprimento do declive, tamanho e forma da bacia. Em declives fortes altas velocidades causam erosão séria por arraste e transporte de sedimentos. A velocidade da água de escoamento superficial varia com a raiz quadrada da queda vertical mas, a erosão aumenta exponencialmente por causa do efeito conjunto do maior splash erosion, maior volume do "run off"(menos infiltração), e maior velocidade do run off (Figura 19). Tabela 3. Valores de K (ton*hr*MJ -1 *mm -1 ) da erobilidade do solo (Schwab, 1981) matéria orgânica (%) Classe de textura 0.5 2 4 areia fina areia muito fina areia franca areia franca muito fina franco arenoso franco arenoso muito fino franco limoso franco argiloso franco argilo limoso argila limosa 0.021 0.055 0.016 0.058 0.036 0.062 0.063 0.037 0.049 0.033 0.018 0.047 0.013 0.050 0.032 0.054 0.055 0.033 0.042 0.030 0.013 0.037 0.011 0.040 0.025 0.043 0.043 0.028 0.034 0.025 46 Além disso o comprimento do declive é muito importante; quanto maior o comprimento, maior será o volume de excesso de água acumulado sobre ele, todo o qual escoará do declive num volume e velocidade sempre crescente (Figura 19). A Figura 20 sugere que a curvatura do declive (convexo, côncavo ou uniforme) também tem influência na erosão. Figura 19: Relação entre erosão e inclinação e comprimento do declive (Fonte: Hudson, 1981) Declive concavo Erosão 1 Declive uniforme Erosão 2 Declive convexo Erosão 3 Figura 20: Relação entre erosão e curvatura do declive Inclinação E ro s ã o ( to n /m ) E ro s ã o ( to n /m ) Comprimento 47 Em muitos países a falta de terra e a densidade populacional tem um efeito sobre o uso de declives os quais são considerados como aceitáveis para terra arável. O declive máximo varia em diferentes países de acordo com estes factores: Em países da África Central o declive máximo é considerado 12%, nas Filipinas 25% e em Israel 35% (Anonymus, 1981). (Hudson (1981) dá: África Central 12%, Filipinas 25% e Israel 15%.) Na Equação Universal de Perda de Solo, o factor L do comprimento do declive é uma proporção que compara a perda de solo dum campo com comprimento x m. com a perda de solo dum campo padrão com comprimento de 22.1 m. O factor S da inclinação do declive é uma proporção da perda de solo dum campo com inclinação y% em relação à perda do campo padrão com inclinação de 9%. O produto de L e S é também chamado o factor topográfico LS dado por Smith/Wischmeier (1962), que dá a relação com a perda do solo num declive de comprimento padrão de 22.1 m e inclinação de 9%. Estes factores podem ser calculados pelas equações empíricas (fonte#): O comprimento do declive é medido no ponto onde o fluxo superficial se origina (usualmente o topo do cume) até ao canal de saída ou um ponto no declive mais abaixo, onde a deposição começa (Schwab et al, 1981). II.6.7.5
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