Carlos Rogério de Mello1, Luís Carlos Timm2 e Nilton Curi3
Introdução
O ciclo da água é o fenômeno mais importante para a vida na Terra. Nosso planeta acumula aproximadamente 1380 Mkm3 de água, que cobre aproximadamente 70% da superfície terrestre, além de se fazer presente na atmosfera. Anualmente há uma circulação de 120 mil km3, graças à energia solar que atravessa a atmosfera e alcança a superfície do planeta. A chuva e a evapotranspiração são os componentes mais importantes do ciclo hidrológico, uma vez que ambas afetam e controlam a umidade do solo. A chuva sobre os continentes impacta a superfície do solo de diferentes formas, aumentando sua umidade, fornecendo água para as plantas, promovendo recarga de água subterrânea e tornando os rios permanentes. Entretanto, o excesso de chuva pode gerar enxurrada, impactando de forma negativa o manejo do solo e da paisagem em geral, incluindo erosão e transporte de sedimentos, nutrientes e carbono orgânico, além de inundações potenciais. A componente evapotranspiração corresponde, em média, de 60 a 70% da água movimentada no ciclo. Não vemos essa água, mas este é um fenômeno que ocorre constantemente e sua importância é crucial para a vida no planeta. Esse componente é dividido em duas parcelas: a transpiração, produzida pelas plantas (controlada pelo clima e pela umidade do solo) e a evaporação (superfícies líquidas, dosséis e do solo). Portanto, a evapotranspiração é o componente responsável pela demanda de água pelas plantas e é muito útil para o dimensionamento e manejo de sistemas de irrigação.
A chuva na superfície da Terra é responsável pelos processos hidrológicos, os quais são muito influenciados pela paisagem, especialmente pelo solo (e seus aspectos macro- e micro-morfológicos, físicos, químicos, mineralógicos e biológicos), pela topografia e pelas plantas. A umidade do solo, além da evapotranspiração, é um dos elementos que controlam a geração de enxurrada, armazenamento de água e recarga (ou percolação) de água subterrânea, inclusive dos aquíferos mais profundos. A parcela da chuva que se infiltra tem dois caminhos (armazenamento e percolação), sendo ambos controlados pelo solo, notadamente pela textura e estrutura. O armazenamento depende principalmente da profundidade do solo, da microestrutura e da textura por se tratar de água retida pela matriz do solo (microporos), enquanto a percolação é principalmente governada pela macroestrutura (macroporos) dos solos. Em função das propriedades do solo, haverá maior ou menor recarga subterrânea e consequente impacto na geração de enxurrada e sedimentos transportados. O armazenamento de água no solo é fundamental para as plantas e a percolação o é para a manutenção da recarga dos aquíferos que alimentam de maneira perene ou intermitente os cursos d’água. A percolação é fundamental para o escoamento base, o que reflete a capacidade natural de produção de água das bacias hidrográficas.
Para uma melhor compreensão dos processos hidrológicos mencionados na camada mais superficial da superfície terrestre, a área de estudos denominada Hidropedologia tem sido desenvolvida e ampliada. A Hidropedologia consiste em uma abordagem que aplica o conhecimento acumulado a respeito dos fatores e processos de formação dos solos e de seus principais atributos, como suporte para a Hidrologia, especialmente para as questões relacionadas à percolação e ao armazenamento de água no solo (Mello e Curi, 2012). Há ainda uma outra vertente de estudos da Hidropedologia que consiste em avaliar como a Hidrologia influencia a formação dos solos, especialmente aqueles que estão relacionados à flutuação do lençol freático, tanto suspenso como mais profundo, e à deposição de sedimentos nas áreas de inundação por cheias dos rios. Tais processos são muito influenciados pelo ambiente saturado e não saturado por meio de reações químicas e biológicas complexas, dentre as quais a flutuação do lençol freático assume importância fundamental.
Algumas questões do ponto de vista hidrológico e de conservação do solo e da água são importantes. Dentre estas, destacam-se: a) qual a quantidade de água que uma bacia hidrográfica pode armazenar visando a perenização dos cursos d’água?, b) como os elementos do complexo solo-clima-topografia-geologia interagem para controlar a produção de água numa bacia hidrográfica?, e c) como a ciclagem de nutrientes interage com o ciclo da água? Estas questões são complexas e exigem uma abordagem multidisciplinar para respondê-las e é neste aspecto que a Hidropedologia pode contribuir de forma substancial para o uso e manejo do solo de forma sustentável.
A Pedologia como apoio para a Hidrologia
A organização e classificação dos solos é possível por meio da caracterização de seus aspectos morfológicos, físicos, químicos, mineralógicos e biológicos. Isto permite detalhar os horizontes superficiais e subsuperficiais em condições de campo, complementadas em laboratório, e o desenvolvimento de mapas de solos e suas interpretações. Este produto possui várias finalidades agrícolas, não-agrícolas e ambientais, sendo um dos estudos mais importantes desenvolvidos por um pedólogo. Contudo, essas tarefas não são simples porque os solos possuem grande variabilidade de atributos tanto na superfície (espaço) quanto no restante do seu perfil (Hartemink et al., 2020). Desta forma, é uma tarefa muito complexa a determinação exata de onde uma unidade pedológica realmente inicia-se e até onde ela termina no espaço (Grunwald, 2006). Além disso, os solos são distribuídos de formas diferentes na paisagem, sendo que alguns apresentam relação com a paisagem e outros não, particularmente no Brasil onde a erosão geológica foi muito intensa e existe predominância de solos poligenéticos (Latossolos) (Resende et al., 2019). Diferentemente de países com clima temperado, no Brasil há uma enorme carência de mapas de solos em escalas que sejam compatíveis com pequenas bacias hidrográficas ou mesmo em nível de município, dificultando o planejamento de ações conservacionistas e/ou de planejamento urbano, bem como estudos mais acurados sobre os processos hidrológicos. Nesse contexto, as técnicas modernas de geoprocessamento sempre associadas aos trabalhos de campo sinalizam para a obtenção futura de mapeamentos de solos mais detalhados e acurados (Silva et al., 2016).
A distribuição dos solos na paisagem, incluindo seus aspectos básicos tais como textura, estrutura, espessura dos horizontes e sua organização no perfil, tem grande relevância para os estudos hidrológicos, uma vez que estes aspectos são os principais responsáveis pelo comportamento da água na superfície e em subsuperfície, i.e., a geração de escoamento na bacia hidrográfica (Mello et al., 2019; Lin, 2012). Neste sentido, a Pedologia gera uma rica base de dados sobre os recursos existentes no solo e suas relações com o ambiente, principalmente o clima e a vegetação nativa. A Pedologia é, portanto, especialmente relevante para aplicações de modelos hidrológicos, desde os mais simples até os mais complexos, constituindo uma fonte primária para este fim.
Outro aspecto relevante da Pedologia está no entendimento do processo de recarga de água subterrânea, sendo que os atributos do solo são determinantes neste processo, destacando-se aqueles associados à mineralogia, textura e estrutura. Estes atributos são responsáveis diretos pela permeabilidade, que é fundamental conhecida como condutividade hidráulica do solo. Este atributo hidrológico, apesar de ser influenciado pelo uso e manejo do solo, guarda estreita relação com a porosidade (espaços vazios) e sua conectividade (ligação entre os poros). Os Latossolos, por exemplo, são solos que tendem a apresentar alta capacidade de infiltração graças à sua estrutura granular, reflexo da mineralogia gibssítica, principalmente nos Latossolos mais argilosos (Ferreira et al., 1999). Portanto, áreas com Latossolos, além de seus atributos físicos favoráveis para produção sustentada de grãos, são excelentes para recarga de água subterrânea. Do lado oposto, encontram-se os Cambissolos, que tendem a ser rasos, com maior teor de silte em relação à argila, e que apresentam restrição à infiltração e consequentemente à recarga subterrânea. Esses solos têm normalmente alta vulnerabilidade à erosão hídrica. Contudo, nos estudos de Pinto et al. (2015) e Menezes et al. (2014) ficou evidenciado que além do clima e do solo, a relação do solo com seu uso pode ser a chave para o entendimento de vários aspectos da Hidrologia de bacias hidrográficas de cabeceira. Em ambos os estudos, ficou demonstrado que áreas com Cambissolos da Serra da Mantiqueira sob vegetação de Mata Atlântica são muito importantes para recarga subterrânea. Mas o que ocorre aqui? Neste caso, a interação secular da mata nativa com o solo propiciou uma melhoria da estrutura do solo pela atividade biológica e pela deposição contínua de matéria orgânica que, aliada às condições de clima mais ameno, contribuem para uma maior e mais contínua porosidade, o que permite o fluxo de água no perfil do solo. Isto ficou claramente demonstrado no estudo de Pinto et al. (2015) pela análise micromorfológica de amostras de solo de áreas sob Mata Atlântica e áreas desmatadas ocupadas por pastagens. A Figura 1 mostra quantidade muito maior de poros no perfil do Cambissolo sob floresta.
Figura 1. Imagens de uma bacia hidrográfica da Serra da Mantiqueira, com perfis de Cambissolos sob Mata Atlântica e sob pastagem, e respectivas imagens oriundas de análises micromorfológicas. Fonte: Pinto et al. (2015).
A estrutura e a textura do solo são atributos que potencialmente afetam a recarga subterrânea. A estrutura se refere ao arranjo, orientação e organização das partículas sólidas do solo, definindo a geometria dos seus espaços porosos (espaços vazios), enquanto a textura se refere à distribuição das partículas quanto ao seu tamanho. As características hidrológicas de um solo são muito influenciadas pela sua estrutura na forma de fluxos (ou caminhos) preferenciais tanto para o movimento quanto para o armazenamento de água. Nas camadas superficiais do solo, os ciclos de umedecimento e secagem são responsáveis pela diminuição da estabilidade dos agregados, afetando a estrutura que tende a se comportar como blocos, diminuindo os espaços vazios (porosidade). Em solos como os Cambissolos, deve-se considerar também sua vulnerabilidade ao encrostamento (impermeabilização superficial), a qual diminui drasticamente a infiltração de água e aumenta significativamente a perda de solo e água por erosão. Neste contexto, a manutenção da cobertura vegetal passa a constituir aspecto fundamental para a busca da sustentabilidade ambiental nestes solos.
Os Latossolos são solos muito intemperizados, lixiviados e profundos, apresentando um comportamento físico (e hidrológico) normalmente superior aos Argissolos e Cambissolos, nesta ordem. Isso se deve à alta estabilidade dos agregados dos Latossolos, que permite que haja um fluxo significativo de água através do perfil do solo. Isto faz com que a maioria dos Latossolos apresente um comportamento hidrológico semelhante a um solo mais arenoso, embora possuindo predominantemente textura argilosa. Nos Latossolos, a estrutura tende a ser mais importante que a textura no tocante ao comportamento físico-hídrico (Resende et al., 2021).
Os Cambissolos, por sua vez, têm comportamento geralmente oposto ao dos Latossolos. O material de origem se situa mais próximo à superfície (solos rasos), o que favorece a sua rápida saturação e formação de enxurradas, bem como reduzida percolação (baixa permeabilidade hidráulica) devido ao teor de silte mais elevado em relação à argila.
Neste contexto, os Argissolos ocupam uma posição intermediária entre os Latossolos (mais sustentáveis) e os Cambissolos (menos sustentáveis).
Técnicas importantes usadas pela Hidropedologia
Nos estudos que envolvem a Hidropedologia, o uso de algumas técnicas, especialmente de imagens e de levantamento de solos, torna-se muito importante. Destacam-se as análises de micromorfologia, o uso da difração de raios-X para identificação de minerais, o mapeamento de solos e de seus atributos no campo com auxílio de técnicas computacionais conhecidas como “Iwahashi e Pike” e “Geomorphons”. Tais técnicas são muito úteis e, graças ao avanço computacional recente, tornam-se relativamente fáceis de serem aplicadas e geram produtos altamente relevantes para os estudos hidrológicos em bacias hidrográficas. A Figura 2 apresenta alguns exemplos de mapeamentos baseados nas técnicas acima mencionadas em uma bacia hidrográfica da Serra da Mantiqueira. Primeiramente, são apresentados os mapas efetuados a partir dos estudos de campo com a Pedologia. Na sequência, aparecem os mapas de topografia e os produtos da Hidropedologia que podem ser aplicados ao manejo da bacia hidrográfica, na simulação hidrológica e na validação do comportamento hidrológico da bacia.
Perspectivas futuras
Um dos principais desafios da Hidropedologia consiste na avaliação de técnicas que permitam uma melhor identificação dos fluxos de água no perfil do solo. Técnicas mais avançadas tais como tomografia e uso de isótopos deverão permitir avanços na direção de um melhor entendimento dos processos hidrológicos no solo e maior embasamento teórico-científico acerca destes fenômenos fundamentais para nossa existência.
Figura 2. Ilustração das aplicações da Pedologia como subsídio para a Hidrologia em uma bacia hidrográfica de cabeceira (Serra da Mantiqueira, MG). Fonte: Adaptado de Pinto et al. (2015).
Referências
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Resende M, Curi N, Rezende SB, Silva SHG. Da rocha ao solo: Enfoque ambiental. 1a ed. Lavras – MG: Editora UFLA; 2019.
Sobre os autores: 1Universidade Federal de Lavras, Escola de Engenharia, Departamento de Recursos Hídricos, Lavras, MG; 2Universidade Federal de Pelotas, Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel, Departamento de Engenharia Rural, Pelotas, RS; 3Universidade Federal de Lavras, Escola de Ciências Agrárias, Departamento de Ciência do Solo, Lavras, MG.
