Simulação de cenários alternativos de uso da terra em uma microbacia utilizando técnicas de modelagem e geoprocessamento

O modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) foi aplicado na simulação de cenários alternativos de uso da terra na microbacia hidrográfica do Ribeirão dos Marins, em Piracicaba (SP), no biênio 1999/2000. Dois cenários foram simulados. No primeiro, o uso atual foi mantido numa faixa de mata ciliar de 30 m em toda a extensão dos cursos d'água e de 50 m ao redor das nascentes, de acordo com o Código Florestal. No segundo cenário, como as pastagens ocupavam 30,9 % da área da microbacia, nas encostas mais íngremes, com alto potencial erosivo, as áreas de pastagem foram substituídas por vegetação florestal. As simulações dos dois cenários foram comparadas com as condições do cenário atual em termos de produção de sedimentos. Os cenários geraram diferentes padrões espaciais da produção de sedimentos. Uma redução de 94,0 % na produção de sedimentos foi obtida com a substituição da pastagem por vegetação nativa (cenário 2). No cenário 1, a redução foi de 10,8 %. Esses resultados evidenciam a necessidade de tratar a paisagem em bacias hidrográficas de forma global, identificando as "áreas sensíveis ambientalmente", onde são necessárias práticas de controle dos processos erosivos e não somente práticas de proteção dispensada aos cursos d'água por meio da mata ciliar.

Simulação da produção de sedimentos para a microbacia hidrográfica do Ribeirão dos Marins (SP)

O modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) foi aplicado para simular a carga de sedimentos produzida pela microbacia hidrográfica do Ribeirão dos Marins, em Piracicaba (SP), no biênio 1999/2000. A aplicação do modelo requer a entrada dos dados na forma espacializada que foi feita com o auxílio de uma interface entre o modelo e um Sistema de Informações Geográficas (SIG's). A microbacia foi discretizada em sub-bacias para determinar os parâmetros de entrada no modelo. Os resultados obtidos na simulação da produção de sedimentos foram comparados aos dados observados em um posto hidrossedimentométrico, localizado no terço superior da microbacia, utilizando o Coeficiente de Eficiência de Nash e Sutcliffe (COE) e o desvio dos dados simulados em relação aos observados (Dv). Para as condições específicas da microbacia do Ribeirão dos Marins, os resultados obtidos na simulação da produção de sedimentos pelo modelo, após a calibração, foram de 0,83, para o COE, e de -3,2 %, para o Dv, indicando um bom ajuste dos dados simulados comparados aos dados observados.

Simulação pelo modelo century da dinâmica da matéria orgânica de um Argissolo sob adubação mineral e orgânica

Os modelos de simulação são ferramentas essenciais para o entendimento da dinâmica da matéria orgânica do solo e da transformação de seus compartimentos em solos tropicais. Os objetivos deste estudo foram: (a) simular por meio do modelo Century os efeitos de sistemas de produção de milho sob adubação orgânica e mineral sobre a dinâmica da matéria orgânica em um Argissolo Vermelho-Amarelo, e (b) comparar os estoques de C orgânico total (COT), N total (NT) e dos compartimentos de C medidos por meio de métodos de laboratório e estimados pelo modelo Century na camada superficial (0-20 cm). A área em estudo, sob Floresta Atlântica (FA) até o ano de 1930, foi cultivada com milho e feijão por aproximadamente 50 anos, até à instalação do experimento no ano de 1984. Os tratamentos constaram de combinações entre três doses de adubo mineral, correspondentes a de 0, 250 e 500 kg ha-1 da fórmula 4-14-8, e duas doses de adubo orgânico (esterco bovino com palha de soja e feijão), nas doses de 0 e 40 m³ ha-1. Os métodos de laboratório incluíram determinações do COT, do NT, do C da biomassa microbiana (C MIC), representando o compartimento ativo, e do C da fração leve (C FL), referenciando o compartimento lento. O compartimento passivo foi obtido por diferença. A parametrização do modelo Century foi realizada a partir dos dados obtidos no experimento e na literatura, enquanto as simulações da dinâmica do COT, NT e dos compartimentos ativo de C lento e passivo incluíram as mudanças no uso da terra ocorridas de 1930 a 2050. O modelo Century estimou diminuição nos estoques de COT, NT e dos compartimentos de C desde a derrubada da FA até o início do experimento e apenas nos tratamentos com adubação orgânica foi observada recuperação desses estoques. O CmIC e o C FL foram mais sensíveis às mudanças no manejo do que o COT, o que indica a importância desses compartimentos no estudo da dinâmica da matéria orgânica, especialmente em solos tropicais. Os estoques de COT, NT e dos compartimentos de C (lento e passivo), simulados pelo modelo Century, foram similares aos estoques medidos. Os estoques de COT (em Mg ha-1 de C), medidos e simulados pelo modelo Century, foram bem correlacionados (R² = 0,93; p < 0,01), assim como para o C do compartimento ativo (R² = 0,84; p < 0,05), lento (R² = 0,87; p < 0,05) e passivo (R² = 0,91; p < 0,05). Também para os estoques de NT (em Mg ha-1 de N), medidos e simulados pelo modelo Century, houve alta correlação (R² = 0,93; p < 0,01). O modelo Century demonstrou bom desempenho para simular a dinâmica da matéria orgânica em solos tropicais ácidos.

El tiempo de la matemática

Since the Old Order of the Time was subverted in Greece by establishing a New Order of the Space, the conjugation of Mathematics with temporality has been extremely problematic. Those have escaped from the temporary obligation both as delimiting their objects as assigning them their truth or falsehood. Nevertheless, the History of Mathematics seems to indicate that where truths of this science try to lead an independent existence apart from their creators, that is to say, in the context of their justification, time exerts its retaliations upon this escape.

Carga máxima de fósforo admissível ao reservatório Piraquara II, uma aplicação do processo TMDL

Para implementação e operacionalização da política brasileira de recursos hídricos, é imprescindível o uso de ferramentas de planejamento que considerem o efeito de todas as atividades ou processos que causam ou contribuem para a degradação da qualidade de um corpo d'água. Neste sentido, aplicou-se o processo TMDL (total maximum daily load), desenvolvido pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA), para o P, na área de drenagem de contribuição ao futuro reservatório Piraquara II, bacia hidrográfica do rio Piraquara, Paraná. O processo TMDL determina a quantidade máxima de cargas de um poluente que um corpo d'água pode receber sem violar os padrões estabelecidos de qualidade da água e aloca cargas deste poluente entre fontes de poluição pontuais e difusas. No presente estudo, utilizou-se o método TMDL, com o objetivo de demonstrar ser ele uma ferramenta útil no processo de gestão dos recursos hídricos. Simularam-se cenários de uso do solo, por meio de modelagem matemática, até obter-se uma concentração de P total no reservatório abaixo da faixa limite para ocorrência de eutrofização, de 0,025 a 0,10 mg L-1, estabelecida no estudo. Realizou-se uma simulação de uso atual do solo, visando prever a condição inicial de qualidade da água no corpo d'água, na qual a concentração de P total no reservatório resultante não atendeu ao padrão estabelecido. Procedeu-se a uma segunda simulação com adoção das medidas de controle, recomposição de mata ciliar e plantio direto, para reduzir a exportação de carga de P total da bacia. Obteve-se uma melhoria na qualidade da água do reservatório, indicando que as medidas adotadas foram suficientes para atingir o padrão estabelecido, o que demonstra a aplicabilidade do método.

Simulação do transporte e da sorção de imazaquin em colunas de solo

Dentre os métodos disponíveis para avaliar o comportamento de agrotóxicos no solo, destacam-se o método "batch" (análise em batelada) e o deslocamento miscível. O objetivo deste estudo foi avaliar a sorção e a mobilidade do imazaquin em solos com diferentes características químicas, físicas e mineralógicas, utilizando as técnicas de deslocamento miscível e "batch". Os ensaios foram realizados no laboratório de Ecotoxicologia do Centro de Energia Nuclear na Agricultura da Universidade de São Paulo (CENA/USP), Piracicaba, São Paulo. Os solos utilizados, classificados como Neossolo Quartzarênico (RQ), Latossolo Vermelho-Amarelo (LVA) e Latossolo Vermelho distroférrico (LVdf), foram secos ao ar e peneirados em malha 2 mm, sendo então procedida a caracterização química, física e mineralógica das amostras. Foi selecionada para o estudo a molécula do Imazaquin. No ensaio do deslocamento miscível, foi aplicada uma solução de CaCl2, obtendo-se uma curva de eluição do Cl-, utilizado como traçador. As curvas de eluição do Cl- foram ajustadas a um modelo baseado na equação de convecção-dispersão para transporte ideal. Após a eluição do Cl-, aplicou-se a solução que continha 14C-imazaquin que gerou as curvas de eluição para esta molécula. A curva foi ajustada a um modelo bicontínuo que considera o não-equilíbrio durante o transporte. No ensaio de sorção com o método "batch", foram utilizadas soluções de imazaquin radiomarcado variando de 0,67 a 10,72 mmol L-1 para obtenção das isotermas ajustadas pela equação de Freundlich. A taxa de lixiviação foi alta para todos os solos, sendo maior para o RQ. As curvas de eluição do Cl- foram simétricas para todos os solos e apresentaram um bom ajuste ao modelo que considera o transporte ideal, indicando que não houve não-equilíbrio relacionado com o transporte. Para o imazaquin, as curvas de eluição foram assimétricas, com prolongamento da parte posterior da curva, e apresentaram bom ajuste ao modelo bicontínuo, evidenciando que ocorreu não-equilíbrio no processo de sorção. A comparação dos dois métodos empregados mostrou que o coeficiente de sorção determinado no método "batch" foi maior. Tal resultado evidencia que a sorção, durante o processo de lixiviação, pode ser superestimada por métodos que consideram a sorção sob condições de equilíbrio químico.

Determinação de teores ótimos de nutrientes em soja pelos métodos chance matemática, sistema integrado de diagnose e recomendação e diagnose da composição nutricional

Diversos estudos têm demonstrado o uso promissor de métodos de diagnose nutricional para definição de teores ótimos e níveis críticos de nutrientes em tecidos vegetais. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi comparar os teores ótimos de nutrientes para soja, estimados por meio dos métodos Chance Matemática (ChM), Sistema Integrado de Diagnose e Recomendação (DRIS) e Diagnose da Composição Nutricional (CND), a partir de dados provenientes de monitoramento nutricional de 111 lavouras comerciais de soja, da região sul do Estado de Mato Grosso do Sul. Os teores ótimos de nutrientes estimados pelos métodos DRIS e CND foram idênticos ao teor médio observado na população de referência. Para o método ChM, exceto para os nutrientes Cu, Fe, Mn e Zn, os teores ótimos estimados também foram idênticos ou muito próximos ao teor médio na população de referência. Os métodos ChM, DRIS e CND mostraram-se promissores na calibração de teores ótimos para a cultura da soja a partir de dados provenientes de monitoramentos nutricionais de lavouras comerciais.

Simulação da variabilidade espacial da erosão hídrica em uma sub-bacia hidrográfica de Latossolos no sul de Minas Gerais

A simulação da distribuição espacial da erosão do solo consiste em uma ferramenta poderosa para o planejamento conservacionista em bacias hidrográficas, sendo uma importante aplicação da Equação Universal de Perdas de Solo (EUPS) associada a princípios de interpolação espacial, principalmente a geoestatística. Este trabalho objetivou simular a distribuição espacial da erosão hídrica numa sub-bacia hidrográfica da região do Alto Rio Grande (MG), aplicando ferramentas geoestatísticas para distribuição espacial e mapeamento. Diferentes cenários de uso do solo foram analisados. A erosão foi estimada com base na EUPS aplicada a células, considerando as unidades pedológicas e diferentes usos em cada célula. O fator topográfico (LS) das células foi obtido com base no Modelo Digital de Elevação da sub-bacia, identificando comprimento e direção principal do escoamento. A erosividade média anual da região é de 8.030 MJ mm ha-1 h-1 ano-1, e a erodibilidade dos solos foi extraída da literatura. A EUPS foi aplicada a cada célula, levando-se em conta a situação atual do solo, áreas degradadas plantadas com eucalipto, pastagem plantada e plantio convencional de milho, considerando a ocupação de toda a sub-bacia hidrográfica. Na situação atual, a sub-bacia apresenta taxas de erosão inferiores aos limites de tolerância para os respectivos solos, com exceção das áreas degradadas ocupadas por eucalipto e pastagem em Cambissolo. No entanto, em todas as situações analisadas, seu lado leste apresentou as maiores perdas de solo, especialmente para os cenários de eucalipto nas condições atuais e plantio convencional de milho em Cambissolo e Latossolo Vermelho-Amarelo, sendo necessária a aplicação de técnicas conservacionistas.

Aplicabilidade do lisem (limburg soil erosion) para simulação hidrológica em uma bacia hidrográfica tropical

As variáveis de entrada do modelo LISEM, mais importantes do ponto de vista da gênese do escoamento superficial direto (umidade do solo antecedente aos eventos de precipitação pluvial (θap) e espessura da camada de solo considerada no balanço hídrico) foram calibrados para eventos individuais de precipitação pluvial ocorridos na bacia hidrográfica do ribeirão Marcela, da região Alto Rio Grande, MG. Avaliou-se, também, a influência de diferentes cenários nas variáveis do escoamento superficial direto. O modelo apresentou elevada sensibilidade à umidade do solo, sendo este sua principal variável de calibração. A influência da camada de balanço hídrico esteve associada à umidade de calibração, observando-se que, quanto maior a profundidade, maior a umidade requerida para calibrar o modelo. Os cenários mata natural, eucalipto e café, aos 35 meses após o plantio, atenuaram as vazões máximas de 37,6; 42,2; e 28,0 %, cuja intensidade de precipitação pluvial foi de 48,0 mm h-1. O modelo hidrológico LISEM apresentou resultados satisfatórios na simulação hidrológica do escoamento superficial direto, mostrando que pode ser aplicado para previsão do comportamento hidrológico de bacias hidrográficas tropicais, desde que devidamente calibrado.

Simulação do balanço de água no solo cultivado com trigo com modificação de dois modelos

O trigo é a principal cultura de inverno do estado do Rio Grande do Sul e o cálculo do balanço de água no solo é parte importante de modelos de crescimento, desenvolvimento e rendimento de culturas. O objetivo deste trabalho foi obter melhor estimativa do balanço de água no solo cultivado com trigo, modificando dois modelos de balanço de água nesse solo. Mediu-se o conteúdo de água no solo pelo método gravimétrico durante a estação de cultivo de dois cultivares de trigo em três datas de semeadura, em Santa Maria - RS, e a água disponível para a cultura foi representada pela fração de água no solo disponível para as plantas (FADS). O desempenho das versões originais e modificadas dos modelos de balanço de água no solo de Campbell & Diaz e de Amir & Sinclair foi avaliado pela raiz do quadrado médio do erro (RQME). O modelo de Campbell & Diaz modificado é mais realístico e com maior possibilidade de desempenho satisfatório em regiões de clima distinto daquele em que foi desenvolvido, mas o modelo de Amir & Sinclair modificado estimou melhor a água disponível no solo para a cultura do trigo na região do estudo. A profundidade máxima do sistema radicular de 0,30 m é mais apropriada para a simulação da fração de água disponível no solo, para a unidade de mapeamento de solo São Pedro.

Simulação da dinâmica do carbono e nitrogênio em um Argissolo do Rio Grande do Sul usando modelo Century

Diversas pesquisas têm mostrado desempenho satisfatório do modelo Century no estudo da dinâmica da matéria orgânica do solo (MOS) nas condições edafoclimáticas do Rio Grande do Sul, porém os estoques de N do solo são normalmente superestimados. O objetivo deste estudo foi ajustar parâmetros do modelo Century em relação ao ciclo do N, para torná-lo uma ferramenta útil no estudo da dinâmica do N em nosso meio. As simulações foram realizadas com dados experimentais de um estudo de longa duração instalado em 1985 em um Argissolo Vermelho distrófico da EEA-UFRGS, em Eldorado do Sul (RS). A inicialização do modelo consistiu na entrada de dados de solo, clima e ajuste de variáveis locais relacionadas à adição de N por fixação não simbiótica e parâmetros relativos a perdas de N por volatilização e relação C/N de resíduos de culturas que entram nos compartimentos lento e passivo da MOS. O modelo foi executado por um período de 6.000 anos nas condições do bioma de campos nativos do Sul do Brasil (bioma mesic/subhumid grassland), para obtenção dos estoques estáveis do C orgânico total (COT) e N total (NT) do solo e dos compartimentos de C e N do solo. Com o modelo assim ajustado, simularam-se oito tratamentos (dois tipos de preparo de solo, dois sistemas de cultura e duas doses de N mineral em fatorial 2 x 2 x 2) selecionados do experimento, conforme o histórico d estudo, alterando-se o parâmetro de cultivo CLTEFF(2) (multiplicador para decomposição do compartimento lento), o qual dependeu do potencial de adição de C pelas culturas e do grau de revolvimento do solo. Adicionalmente, foi acrescentado às sequências de eventos de manejo de solo sob preparo convencional um "efeito adicional de cultivo", persistindo por dois meses após cada evento de revolvimento do solo. Esse prolongamento do efeito do revolvimento do solo permitiu melhor ajuste da dinâmica do C no solo sob sistema de preparo convencional, pois refletiu a maior decomposição da MOS observada nas condições locais. De maneira geral, a aplicação do modelo Century com a parametrização proposta demonstrou bom ajuste das estimativas de COT e NT em relação aos valores observados em 1998, evidenciando que o modelo C tem potencial para ser utilizado no planejamento e na definição de estratégias de manejo de solo.

Calibração de modelo para a simulação de vazão e de fósforo total nas sub-bacias dos Rios Conrado e Pinheiro - Pato Branco (PR)

O desenvolvimento de modelos hidrológicos capazes de predizer o impacto de fontes difusas de poluição e do uso e ocupação do solo na qualidade das águas superficiais e subterrâneas tem auxiliado o estudo de agroecossistemas. Com esse objetivo, foi utilizado o modelo SWAT 2005 (Soil and Water Assessment Tool) para avaliar sua sensibilidade na predição da vazão e do fluxo de massa do P total. O estudo foi realizado em duas microbacias hidrográficas contíguas, dos rios Conrado e Pinheiro, afluentes do rio Pato Branco, localizadas nos municípios de Pato Branco e Mariópolis, no Estado do Paraná. Foram utilizados dados climatológicos do período 1979/2006 e dados observados de vazão e concentração de P total dos anos 2004/2005 de duas estações de monitoramento, localizadas na parte inferior do curso principal dos rios Conrado e Pinheiro. Utilizou-se a interface AvSWAT-X, com o SIG ArcView 3.3® e a extensão Spatial Analyst 2.0®, para entrada e manipulação dos dados. As médias anuais e mensais observadas de vazão e P total foram comparadas aos dados simulados. O Coeficiente de Eficiência de Nash-Sutcliffe (COE) foi utilizado para avaliar a eficiência do modelo. A modelagem foi melhorada com a associação de análise de sensibilidade, autocalibração e calibração manual, verificando-se que, com frequência de amostragem regular, o modelo SWAT 2005 realizou de forma aceitável as simulações de vazão e de exportação de P total. Já com frequência de amostragem irregular e pequeno número de dados, os procedimentos de análise de sensibilidade e de autocalibração não foram eficientes na calibração do modelo SWAT 2005 para a simulação de vazão e exportação de P total. Foram encontrados diferentes níveis de sensibilidade entre as duas estações, refletindo as desigualdades entre as Unidades de Resposta Hidrológica. A distribuição mensal simulada das exportações de P mostrou a heterogeneidade da aplicação do nutriente ao longo do ano.

Simulação geoestatística na caracterização espacial de óxidos de ferro em diferentes pedoformas

Os minerais da fração argila, goethita e hematita, são óxidos de ferro (Fe) indicadores pedoambientais com grande influência nos atributos físicos e químicos do solo. O conhecimento dos padrões espaciais desses óxidos auxilia a compreensão das interrelações de causa e efeito com os atributos do solo. Nesse sentido, a qualidade das estimativas espaciais produzidas pode alterar os resultados obtidos e, por consequência, as interpretações dos padrões espaciais obtidos. O presente estudo teve o objetivo de avaliar o desempenho dos métodos geoestatísticos de estimativas (KO) e simulações sequenciais gaussianas (SSG) na caracterização espacial de teores de óxidos de Fe, goethita (Gt) e hematita (Hm), em uma pedoforma côncava e outra convexa. Foram coletadas 121 amostras de solos em cada pedoforma de um Argissolo em pontos com espaçamentos regulares de 10 m. Os teores de óxidos de Fe foram obtidos por meio de difração de raios-X. Os dados foram submetidos a análises geoestatísticas por meio da modelagem do variograma e posterior interpolação por KO e SSG. A KO não refletiu a verdadeira variabilidade dos óxidos de Fe, hematita e goethita, demonstrando ser inapropriada para a caracterização espacial dos teores dos óxidos de Fe. Assim, o uso da SSG é preferível à krigagem quando a manutenção dos altos e baixos valores nas estimativas espaciais é necessária. O desempenho dos métodos geoestatísticos foi influenciado pelas pedoformas. Os mapas E-type devem ser recomendados em vez de mapas de KO para os óxidos de Fe, por serem ricos em detalhes e práticos na definição de zonas homogêneas para o manejo localizado em frente de KO, sobretudo em pedoforma côncava.

Padrões nutricionais para lavouras arrozeiras irrigadas por inundação pelos métodos da CDN chance matemática

Para o arroz irrigado, poucos trabalhos utilizam métodos de diagnose foliar desenvolvidos para as condições locais de clima, solo ou cultivares. O objetivo deste trabalho foi avaliar os métodos da Diagnose da Composição Nutricional e da Chance Matemática na definição dos padrões nutricionais de lavouras arrozeiras do Estado do Rio Grande do Sul. Resultados de produtividade de grãos e teores foliares de N, P, K, Ca, Mg, S, B, Cu, Fe, Mn, Zn e Mo de 356 lavouras arrozeiras cultivadas sob sistema de irrigação por inundação foram utilizados para a determinação das faixas de suficiência calculadas pelo método da Chance Matemática. As faixas de suficiência foram comparadas com valores críticos propostos pela literatura e com o intervalo de confiança do teor médio dos nutrientes em lavouras consideradas nutricionalmente equilibradas, identificadas pelo método Diagnose da Composição Nutricional. Observou-se pouca concordância entre os valores das faixas de suficiência indicados pelos métodos da Chance Matemática e da Diagnose da Composição Nutricional e os respectivos valores indicados na literatura. A faixa de teores foliares adequados, consistentes com maior produtividade média das lavouras arrozeiras, foi indicada ser de 23 a 28 g kg-1 para N; 11 a 14 g kg-1 para K; 1,4 a 2,0 g kg-1 para S; 6 a 12 mg kg-1 para B; e 70 a 200 mg kg-1 para Fe. Para os teores foliares de P, Ca, Mg, B, Cu, Mn e Zn e Mo nenhuma das faixas adequadas testadas indicou capacidade para distinguir as lavouras arrozeiras quanto à produtividade média.

Avaliação do efeito da urbanização na produção de sedimentos da bacia do rio Jacarecica/AL mediante uso de modelo hidrossedimentológico distribuído

A urbanização sem planejamento ao longo da bacia do rio Jacarecica, em Maceió, AL, causa grandes impactos ambientais. A substituição de áreas vegetadas por áreas urbanizadas agrava esses impactos. No entanto, o potencial efeito dessas modificações na produção de sedimentos é desconhecido. Neste trabalho, avaliaram-se mudanças da produção de sedimentos na bacia do rio Jacarecica, no ano de 2010, em razão da alteração de parte da cobertura do solo por urbanização, por meio de modelagem matemática. Os resultados evidenciaram que o mês com maior produção produziu mais de 120 t/ha/mês, perfazendo o total de 131 t, correspondente a uma área de 24,5 km² da área total da bacia, revelando que grande parte da bacia é realmente susceptível ao processo de erosão. Este trabalho apresenta que a aplicação do modelo KINEROS2 é viável e o seu acoplamento ao SIG é de grande valia para identificação e análise das principais áreas de produção de sedimentos na bacia deste rio, podendo ser considerado ferramenta promissora para simulação da produção de sedimentos em bacias hidrográficas do nordeste brasileiro.