Projeto de Inicia\347\343o Cient\355fica_brt finalrevisado

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA “LUIZ DE QUEIROZ”
DEPARTAMENTO DE SOLOS E NUTRIÇÃO DE PLANTAS
Projeto de Pesquisa:
Caracterização físico-hídrica de solos em uma transeção
da Parcela Permanente experimental do Parque Estadual
da Ilha do Cardoso
Candidato: Raul Shiso Toma
Orientador: Prof. Dr. Miguel Cooper
Piracicaba
Julho de 2004
2
Projeto: Caracterização físico-hídrica de solos em uma transeção da Parcela Permanente
experimental do Parque Estadual da Ilha do Cardoso
Resumo
Este trabalho, vinculado ao Projeto Temático “Diversidade, dinâmica e conservação
em florestas do Estado de São Paulo: 40ha de parcelas permanentes” (processo FAPESP N°
1999/09635-0) tem como principal objetivo realizar uma caracterização físico-hídrica dos
solos da parcela permanente experimental instalado no Parque Estadual da Ilha do Cardoso
(SP) com a finalidade de fornecer dados detalhados sobre as características edáficas
relacionadas à dinâmica da água dos solos em estudo.
Utilizando mapas de solos ultradetalhados e mapas planialtimétricos da referida
parcela permanente, serão escolhidos cinco locais nos quais serão abertas trincheiras, onde
será descrita a morfologia dos diferentes horizontes dos solos e determinados parâmetros
físico-hídricos do solo tais como densidade real e de particula, porosidade e retenção de
água através de coletas e ensaios de laboratório em amostras deformadas e indeformadas.
Adicionalmente utilizando-se infiltrômetros multidisco, serão obtidos nestes diferentes
horizontes dos solos escolhidos dados referentes à condutividade hidráulica. A bibliografia
sobre os assuntos estudados irá também servir de base para a sustentação e discussão dos
resultados obtidos.
Através dos resultados obtidos procurar-se-á obter medições suficientes para poder
interpretar, discutir e explicar algumas das principais relações existentes entre os principais
atributos físicos do solo e da vegetação do tipo de restinga do referido Parque Estadual.
3
Introdução e justificativa
O Projeto Temático “Diversidade, dinâmica e conservação em florestas do Estado
de São Paulo: 40ha de parcelas permanentes”, coordenado pelo Prof. Dr. Ricardo Ribeiro
Rodrigues e financiado pela FAPESP (processo N° 1999/09635-0, inserido no Programa
Biota), tem por finalidade realizar um monitoramento ambiental detalhado das quatro
principais formações florestais ocorrentes no Estado de São Paulo, buscando formar uma
ampla base de dados para fornecer subsídios à adoção de medidas de conservação e
recuperação da biodiversidade nesses locais e em regiões próximas já degradadas.
Sendo a dinâmica dos fluxos de água do solo de grande importância para a melhor
compreensão da interdependência entre vegetação, solo e água, o presente trabalho é de
fundamental importância para a qualificação e quantificação das características edáficas
mais relacionadas à caracterização físico-hídrica dos solos sob mata de restinga do Parque
Estadual da Ilha do Cardoso. Para atingir este objetivo, parâmetros físico-hídricos de
elevada importância como estrutura, porosidade, umidade do solo, retenção de água e
condutividade hidráulica serão obtidos através coletas, no campo, de amostras deformadas
e indeformadas que serão submetidas a diversas análises laboratoriais.
Bahia Filho (1996) já havia estabelecido como prioridade de pesquisa, a
necessidade de se ampliar à base de dados relacionada a solos sob vegetação nativa,
considerando ainda importante a caracterização ambiental destas vegetações (não excluindo
outras florestas nativas) e realização de inventários de recursos naturais.
Sabatier et. al. (1997), ao estudar a organização do solo em uma floresta úmida na
Guiana Francesa, observaram que a riqueza e variedade das espécies estão relacionadas às
características edáficas do local.
4
Nesse contexto é que se insere a caracterização físico-hídrica como um importante
meio que auxiliará estudos mais profundos sobre o comportamento da água no solo
relacionado-o à disponibilidade de água às plantas. Para caracterizar esta disponibilidade
hídrica são necessários estudos detalhados de características físicas do solo, como por
exemplo, a porosidade, a capacidade de retenção de água do solo, a densidade do solo e de
partículas e a condutividade hidráulica, parâmetros estes que estão diretamente
relacionados a hidrodinâmica do solo.
Segundo Reichardt (1987) a água contida no solo se localiza no seu sistema poroso
e é retida nos poros devido a fenômenos de capilaridade e adsorção. A capilaridade atua na
retenção de água enquanto os poros se apresentam totalmente preenchidos de água. Com a
secagem do solo e conseqüente esvaziamento dos poros, resta apenas filmes de água
recobrindo as partículas do solo, predominando a ação da adsorção. Essas forças atuantes
são conhecidas como potencial matricial da água e é geralmente expressa em logaritmo da
carga de pressão (negativa) em centímetros de água, correspondente ao símbolo pF
(Schofield, 1935). Segundo o mesmo autor, as curvas de pF da água do solo evidenciam a
existência de várias constantes nas relações solo-água em função do potencial matricial.
Cunha (2002) observou que, a síntese de uma curva de retenção de água, quando
correlacionando pF e umidade do solo, nos dará as relações entre a variação do potencial
matricial, o tamanho e volume dos poros e a umidade. Henin (1977) e Riou (op. cit)
destacaram a importância da estrutura e da textura do solo na influência sobre o tamanho e
quantidade dos poros, sendo a estrutura responsável por poros maiores que apresentam
sucção fraca e a textura fator determinante de sucções fortes devido à presença de poros de
menor diâmetro e grande superfície específica. Embasado nessa afirmação serão feitas
análises granulométricas com o intuito de correlacioná-las tanto com os diferentes tipos de
5
agregados estruturais como com os dados que serão obtidos através da curva de retenção,
para que possamos observar a inter-relação entre todas essas características ao
comportamento da água nos perfis dos solos em estudo.
Outra característica importante a ser observada na caracterização físico-hídrica do
solo é a capacidade de infiltração de água no mesmo, conhecida como condutividade
hidráulica (K). Ela permite caracterizar os fluxos de água no interior do solo, distinguindo a
infiltração através dos macroporos daquela que ocorre na matriz do solo, e pode ser obtida
“in situ” (no campo) com a utilização de um aparelho chamado infiltrômetro multi-disco
(Perrox & White, 1988). A condutividade hidráulica do solo depende de vários fatores
sendo eles: (a) porosidade total, (b) dimensão, (c) forma e(d) conexão entre os poros (Diab
et al., 1988; Hallaire et al., 1998) todos passíveis de quantificação. A porosidade total pode
ser estimada através de dados de densidade de solo e de partícula por modelo proposto por
Libardi (1984). A dimensão dos poros pode ser determinada face aos potenciais matriciais
testados através de cálculos matemáticos e a forma e conexão dos poros pode ser observado
através de análises de imagens utilizando a micromorfologia. Um trabalho feito por Vauclin
et al. (1993), que merece destaque, consistiu na medição “in situ” da permeabilidade do
solo com o infiltrômetro multi-disco e posterior correlação dos dados obtidos com dados de
textura, estrutura e porosidade, confirmando a interligação existente entre essas
características. Hallaire et al. (1998) comprovaram a correlação existente entre a
morfologia dos poros e as transferências hídricas em condições saturadas ou próximas à
saturação através de experimento utilizando infiltrômetros multi-disco.
O presente estudo contribuirá com a caracterização do funcionamento dos solos sob
a cobertura vegetal nativa de floresta de restinga existente na parcela permanente escolhida.
6
Objetivo
Caracterizar os atributos físico-hídricos dos solos da parcela permanente localizada
no Parque Estadual da Ilha do Cardoso, com a finalidade de gerar informações de dados
físico-hídricos para subsidiar explicações sobre influência do solo e o seu funcionamento
ante as características da vegetação nativa local (floresta de restinga).
O presente estudo será fundamental para o Projeto Temático, pois contribuirá com a
caracterização do funcionamento dos fluxos hídricos de solos sob a cobertura vegetal nativa
do tipo floresta de restinga.
Materiais e Métodos
Este trabalho será realizado em uma parcela permanente representativa no interior
do Parque Estadual da Ilha do Cardoso, situado no extremo sul do litoral do Estado de São
Paulo no município de Cananéia, entre os paralelos 25003’05”- 25018’18” e os meridianos
47053’48”-48005’42”, com uma área de aproximadamente 22.500ha.
O tamanho desta parcela é de 10,24 ha com 256 sub-parcelas de 20 x 20 m,
demarcadas com base em levantamento planialtimétrico já realizado. Esta disposição foi
realizada de modo semelhante por Itoh et. al. (2003) que também subdividiu uma Parcela
Permanente de 52 ha em 1300 sub-parcelas de 20 x 20 m.
Uma transeção representativa dos solos da parcela será escolhida, baseado no mapa
de solos ultradetalhado desta área, obtido no projeto “Mapeamento ultradetalhado do solo
da área da Ilha do Cardoso destinada ao Projeto Diversidade, dinâmica e conservação em
florestas do Estado de São Paulo: 40ha de parcelas permanentes” (iniciação científica),
também vinculado ao Projeto Temático, realizado por Cristiano Cassiano da Silva sob a
orientação de Pablo Vidal Torrado.
7
Serão abertas trincheiras nos principais solos encontrados sobre esta transeção onde
será feita a descrição morfológica dos solos utilizando a metodologia proposta por Lemos
& Santos (2002).
Serão coletadas amostras deformadas para análises granulométricas, segundo
Camargo et al. (1986), nos laboratórios do Departamento de Solos e Nutrição de Plantas da
ESALQ/USP. Amostras indeformadas também serão coletadas para a obtenção de curvas
características de retenção de água no solo, nas quais serão utilizados vários pontos de
energia, onde os potenciais matriciais de 1, 3, 5, 8 e 10 kPa, tais determinações serão feitas
com o uso de “panelas de tensão” preenchidas com areia de granulometria conhecida e
constante, e os potenciais de 33, 100, 500 e 1500 kPa serão determinados em câmaras de
pressão de Richards, segundo metodologia descrita em EMBRAPA, 1997.
As mesmas amostras indeformadas serão utilizadas para a obtenção da densidade do
solo seguindo metodologia de EMBRAPA (1997). A determinação da densidade de
partículas será realizada utilizando o método do picnômetro, o qual baseia-se na
determinação do volume de álcool necessário para completar a capacidade do picnômetro
contendo solo seco em estufa (EMBRAPA, 1997).
As medidas de condutividade hidráulica serão realizadas com o infiltrômetro
multidisco TRIMS, e o protocolo de cálculo da condutividade serão obtidos de acordo com
Ankeny et al. (1991). A descrição, uso e modo de operação em campo de um permeâmetro
ou infiltrômetro de disco semelhante ao utilizado são demonstrados por Silva (2000).
Análise dos resultados
Através dos resultados obtidos das diferentes análises realizadas procurar-se-á obter
dados suficientes, para poder interpretar, discutir e explicar o funcionamento hídrico dos
8
principais solos da área em pauta. A bibliografia sobre o tema irá servir de base para a
sustentação e discussão dos resultados obtidos.
As análises quantitativas entre atributos dos horizontes, solos, e parâmetros físicohídricos serão realizadas utilizando estatística descritiva e testes paramétricos de
comparação de médias e ANOVA, com valores previamente normalizados, considerando
um nível de significância menor que 5%.
Plano de trabalho e cronograma
Duração do projeto em meses
1
Revisão Bibliográfica
Abertura das trincheiras
e coleta de amostras
Análises Granulométricas
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
| - - - - - - - -|
|----|
| - - - -|
Curva de Retenção
Condutividade Hidráulica
Análise dos Resultados
Síntese do Relatório Final
| - - - - - - - - - - - - - -|
| - - - -|
| - - -- - |
| - - - - - - -- - |
|-------|
Bibliografia
ANKENY, M.D.; AHMED, M.; KASPAR, T.C.; HORTON, R. Simple field method for
determining unsaturated hydraulic conductivity. Soil Science Society American
Journal, v.55, p.467-470, 1991.
9
BAHIA FILHO, A.F.C. Prioridades de pesquisa em solos na região de Cerrados. In
ALVAREZ V., V.H.; FONTES, L.E.F.; FONTES, M.P.F. (eds.) O solo nos grandes
domínios morfoclimáticos do Brasil e o desenvolvimento sustentado. Viçosa, MG:
SBCS/UFV, 1996. p.423-428.
CAMARGO, O.A. de; MONIZ, A.C.; JORGE, J.A.; VALADARES, J.M.A.S. Métodos de
análise química, mineralógica e física de solos do Instituto Agronômico de
Campinas. Campinas, SP: IAC, 1986. 94p. (Boletim Técnico, 106).
CUNHA, J. E. Funcionamento hídrico e suscetibilidade erosiva de um sistema pedológico
constituído por latossolo e argissolo no munícipio de Cidade Gaúcha-PR. São
Paulo: FFLCH – USP, 2002. 175P. (Tese – Doutorado).
DIAB, M.; MEROT, P.; CURMI, P. Water movement in a Glossaqualf as measured by two
tracers. Geoderma. 43:143-161. 1988.
EMBRAPA. Manual de métodos de análise de solo. 2ed. Rio de Janeiro: EMBRAPA/
Centro Nacional de Pesquisa de Solo, 1997. 212p.
HALLAIRE, V.; CURMI, P.; ZILDA, M.; GRIMALDI, M. Relations entre la morphologie
des poros et les tranferts hydriques en conditions saturées ou proches saturation. 16º
Congres Mondial de Science du sol. Montpellier. França. CD-Room. 1998.
HENIN, S. Cours de physique du sol. Paris. ORSTOM et Editest. Vol. II. 1977. 222p.
ITOH, A.; YAMAKURA, T.; OHKUBO, T.; KANZAKI, M.; PALMIOTTO, P.A.;
LAFRANKIE , J.V.; ASHTON, P.S.; LEE, H.S. Importance of topography and soil
texture in the spatial distribution of two sympatric dipterocarp trees in a Bornean
rainforest. Ecological Research, v.18, n.3, p.307-320, 2003.
LEMOS, R. C. & SANTOS, R. D. Manual de descrição e coleta de solo no campo. 4ed.
Viçosa, MG: SBCS, 2002. 83p.
10
LIBARDI, P. L. Dinâmica da água no sistema solo-planta-atmosfera. Piracicaba.
CENA/ESALQ/USP. 1984. 232p.
PERROUX, K. M. & WHITE, I. Design for disk permeameters. Soil Sci. Soc. Am. J. 52:
1205-1215. 1988.
REICHARDT, K. Água em sistemas agrícolas. São Paulo: Manole, 1987. 188p.
RIOU, G. L’eau et lês sols. Dans lês géosystèmes tropicaux. Masson. Paris. Colletion
Gèographie. 1990. 221p.
RODRIGUES, R.R. Projeto: Diversidade, dinâmica e conservação em florestas do Estado
de São Paulo: 40ha de parcelas permanentes. Piracicaba: ESALQ/USP, set. 2003.
<http://www.lerf.esalq.usp.br/parcelas/relatorio2.pdf> (Relatório Científico)
SABATIER, D. et alli. The influence of soil cover organization on the floristic and
structural heterogeneity of a Guianan rain forest. Plant Ecology. v.131, n.81, p.81108, 1997.
SILVA, E.B. Movimento de solutos e caracterização hidráulica de um solo por meio do
permeâmetro a disco. Piracicaba: CENA/USP, 2000. 107p. (Tese – Doutorado).
SCHOFIELD, R. K. The pF of the wter soil. Trans. 3rd Int. Soil. Cong. 2:37-48. 1935.
VAUCLIN, M.; ÂNGULO-JAMARILLO, R.; THONY, J. L. L’infiltrométrie multidisques
pour la détermination in situ de la perméabilité des sols. Geoconfine Rótterdam.
Arnould. Barres et Come. Ed. 351-356. 1993.