Verificamos, nas parcelas de mata ciliares estudadas, que os diferentes usos do solo modificaram o comportamento hidrológico nas vertentes e, consequentemente, em toda bacia hidrográfica. Os usos do solo representados nesse estudo são os manejos: MCP, mata ciliar preservada; MCR, que representa as atividades da população em cortar árvores para diversos fins como lenha, criar ou reparar cercas, abertura de áreas para plantio e criação de gado; e o manejo SMC, que seria o pior cenário, pois representa as áreas que houveram corte raso na área restando, apenas, os tocos das árvores ou o solo exposto completamente.
y = 1E-18x10.099 R² = 0.7756 0 10 20 30 40 50 60 40 50 60 70 80 90 100 C ar ga Espec íf ic a d e S e d ime n to s (g /m² ) CN
De acordo com resultados, as atividades, citadas acima, modificaram o comportamento hidrológico e, consequentemente o comportamento sedimentológico. Houve dois cenários distintos, descritos nos resultados, um para o período PCH e outro para o período PC. Outra discussão interessante será sobre as larguras das matas ciliares que, também, apresentaram comportamentos distintos.
As ações antrópicas sobre a vegetação Caatinga acabam proporcionando alterações nos comportamentos hidrológicos, sedimentológicos e podem, assim, provocar alterações no padrão de infiltração e produzir assoreamento reduzindo a capacidade hidráulica dos açudes (DE ARAÚJO et al., 2006; MAMEDE et al., 2008). Nas bacias rurais, do semiárido nordestino, em que se percebem ações antrópicas como corte da vegetação para lenha e abertura de áreas para o gado e/ou para agricultura é muito comum durante o período chuvoso, logo após as primeiras chuvas, o desenvolvimento rápido da vegetação herbácea, também chamada de bamburral, para ocupar as áreas espaçadas e com alta incidência de luz. Assim, boa parte da paisagem fica composta por um mosaico de espécies da floresta Caatinga e de espécies que compõe a vegetação herbácea.
Na bacia do açude Marengo, estudada no atual projeto de pesquisa, não foi diferente. Com várias “áreas abertas” e, muitas vezes, com solo exposto, logo após as primeiras chuvas a vegetação herbácea (bamburral) se desenvolveu muito rápido preenchendo tais áreas. Nas parcelas estudadas de larguras 30m e 100m do manejo SMC, o qual no período PCH se encontrava com o solo, praticamente, exposto se desenvolveu, por toda a área, uma vegetação herbácea “densa”, de pouco espaço entre as plantas, que, muitas vezes, chegavam a 3m de altura. Nas parcelas estudadas de larguras 30m e 100m do manejo MCR, também, se desenvolveu a vegetação herbácea, mas de menor densidade e altura, devido ao manejo do raleamento que deixou maior espaço entre as plantas e permitiu maior incidência de luz no estrato inferior, propiciando, assim, o crescimento e o desenvolvimento da mesma.
Observa-se que houve duas situações nos resultados das lâminas escoadas (Tabela 8) e para as vazões específicas máximas (Qmax). Os resultados verificados no período PCH são diferentes dos resultados verificados pelo período PC.
No período PCH, as parcelas de 30 e 100m, do manejo MCP apresentaram, nos experimentos de chuvas artificiais, lâminas escoadas e vazões específicas máximas inferiores às dos manejos MCR e SMC. Isso sugere que o tratamento realizado nos manejos MCR e SMC influenciou na elevação dos escoamentos superficiais e, consequentemente, nas lâminas escoadas e nas vazões específicas máximas nos experimentos do período PCH. Esses resultados corroboram com os resultados obtidos por Rodrigues et al. (2013), que relacionaram o uso do solo com a influência nas lâminas escoadas e vazões específicas máximas. Rodrigues et al. (2013) mostraram, em seus resultados, que as áreas raleadas das bacias hidrográficas apresentaram vazões específicas máximas e lâminas escoadas superiores às apresentadas pelo manejo preservado, durante as primeiras chuvas do período chuvoso. Cosandey et al. (2005), também, estudaram duas bacias e citam em seu artigo que na bacia, parcialmente, desflorestada apresentava vazões específicas máximas superiores às da bacia florestada e chegaram à conclusão sobre a influência da vegetação nos picos das vazões específicas máximas.
No caso do manejo MCR do período PCH (Tabelas 8 e 9), devido ao tratamento do raleamento, a vegetação ficou mais espaçada e forneceu menos proteção ao solo. Dessa forma, a energia dos escoamentos superficiais foi menos dissipada pela vegetação, cujo papel é importante na amenização das vazões máximas e nas lâminas escoadas, pois atua como barreira contra o escoamento superficial (PIRES et al., 2009). Assim, no manejo MCR, com a vegetação mais espaçada do que no manejo MCP, reduz-se a possibilidade de infiltração, havendo menor retenção de água no solo e gerando maiores vazões (COSANDEY et al., 2005; GARCÍA-RUIZ et
al., 2008; RODRIGUES et al., 2013). Não foi possível avaliar, no campo, se o escoamento superficial se deu por processo hortoniano (MEDEIROS et al., 2014; FIGUEIREDO et al., 2016) ou por saturação (CHOW, 1988).
Para o manejo SMC, o tratamento foi o corte raso com a retirada de cerca de 99% da vegetação, mas a serapilheira, os restos de galhos e os tronco ficaram expostos no solo. Pela mesma explicação, dos resultados apresentados no manejo MCR, o tratamento do corte raso realizado no manejo SMC influenciou nas elevações das lâminas escodas e nas vazões específicas máximas, tendo a parcela de 100m do
período PCH, do manejo SMC, as maiores lâminas escoadas entre os manejos (Tabelas 8 e 9). O corte raso deixou o solo bastante exposto e, praticamente, não havia árvores para interceptar as gotas das chuvas, que tinham contato direto com o solo, influenciando na formação dos escoamentos superficiais (COSANDEY et al., 2005), gerando lâminas escodas e vazões específicas máximas superiores às do manejo MCP (Tabelas 8 e 9) . O manejo SMC, no período chuvoso, atingiu vazões específicas máximas com 20 minutos (30m) e 50 minutos (100m), no período PCH (Figura 17).
Já para o período PC, os resultados das lâminas escoadas e das Qmax verificados nas parcelas, de larguras de 30 e 100m, dos manejos MCR e SMC foram inferiores aos resultados verificados para o manejo MCP. Ou seja, houve uma inversão nos resultados comparativos entre os manejos, quando observamos os resultados do período PCH. Resultados semelhantes foram obtidos por Rodrigues et al. (2013), que observaram essa inversão de resultados após a passagem das primeiras chuvas do período chuvoso. Com a frequência das chuvas, no período chuvoso, foi relatado o crescimento rápido da vegetação herbácea (bamburral) por toda a microbacia estudada pelos autores do artigo. A conclusão foi de que a vegetação herbácea influenciou na modificação das lâminas escoadas e Qmax. A microbacia, que tinha passado pelo tratamento do raleamento, apresentou, para essas duas variáveis, valores inferiores às da microbacia que permanecia inalterada (preservada). Mais referencia
Nos manejos MCR e SMC, também, registramos o rápido crescimento da vegetação herbácea, nas parcelas estudas, logo após todos os experimentos de chuvas artificiais, do período PCH, e das primeiras chuvas naturais do período chuvoso. Dessa forma, a vegetação herbácea teve um papel fundamental na redução das lâminas escoadas e Qmax nas parcelas dos manejos MCR e SMC, com resultados inferiores aos verificados no manejo MCP. Cosandey et al. (2005) citam em seu artigo a importância do vegetação herbácea para redução de vazões específicas máximas, registrando, também, uma forte redução da vazão específica máxima, logo após o crescimento da vegetação herbácea, na bacia estuda pelos autores.
A vegetação herbácea formou uma cobertura densa, principalmente no manejo SMC, de galhos e raízes ao solo. Assim, favoreceu a maior dissipação da energia do escoamento superficial e possibilitou maior infiltração ao solo, reduzindo as lâminas
escoadas e os picos de Qmax (KANG et al., 2001; ver Tabela 9 e gráfico 6 da Figura 12). O manejo SMC, em ambas as larguras de 30 e 100m no período PC, foi o que apresentou os menores valores de lâminas escoadas e dos picos de Qmax.
Os maiores valores de Qmax, ocorreram no experimento 3 de cada manejo. A umidade inicial dos terceiros experimentos, em sua grande maioria, foram mais elevadas do que nos experimentos 1 e 2. Na Figura 13 é apresentada a relação entre as evoluções das Qmax e UI, no decorrer entre os experimentos simulados. Na Figura 14 é apresentada a relação entre Qmax e UI, e Qmax e lâminas escoadas. Em ambas as figuras e em todas as relações apresentadas percebemos a influência das umidades antecedentes a cada experimento. As umidades iniciais foram aumentando, no decorrer dos experimentos, elevando as vazões (inclusive Qmax) e as lâminas escoadas (FIGUEIREDO et al., 2016).
As maiores Qmax e lâminas escoadas ocorreram nos experimentos que apresentaram maiores UI, demonstrando a estreita relação entre essas variáveis. No período PCH, as maiores Qmax ocorreram entre 45 e 60 minutos do início dos experimentos. Já no período PC, as maiores Qmax ocorreram entre 20 e 55 minutos (Figuras 15 a 20). O solo do sertão central no estado do Ceará, situado no semiárido nordestino, no início do período chuvoso se encontra com percentual de conteúdo de água extremamente baixo (COSTA et al., 2013). As primeiras chuvas, normalmente e dependendo de sua intensidade e duração, não são suficientes para gerar escoamento. Nas primeiras chuvas, têm-se escoamentos superficiais de baixa vazão. Com a frequência de chuvas, as camadas mais profundas, também, vão sendo umedecidas, e, nesse caso, até mesmo baixas precipitações são suficientes para gerar escoamentos superficiais com maiores vazões específicas e lâminas escoadas (FIGUEIREDO et al., 2016). A umidade antecedente dos experimentos é, portanto, uma variável muito importante na geração de Qmax e lâminas escoadas.
Analisando os hidrogramas (Figuras 15 a 20), podemos verificar no período PC, mais uma influência do desenvolvimento da vegetação herbácea nos manejos MCR e SMC, com relação ao tempo total dos escoamentos superficiais de cada experimento. Nota-se que os tempos totais dos escoamentos nos manejos MCR (entre 70 e 85 minutos) e SMC (entre 70 e 85 minutos) são inferiores aos apresentados pelo manejo
MCP (entre 75 e 95 minutos. Devido ao aumento da rugosidade (MEDEIROS et al., 2014), consequentemente, a redução da energia dos escoamentos atravessando as matas ciliares e às maiores infiltrações no solo provocadas pelo sistema radicular da vegetação herbácea, refletiram sobre os resultados de Qmax e das lâminas escoadas nos manejos MCR e SMC, que foram inferiores às do manejo MCP. Os resultados dessas duas variáveis refletiram sobre os tempos totais de escoamentos dos manejos MCR e SMC, sendo inferiores aos do manejo MCP. Durante as realizações dos experimentos nos manejos MCR e SMC, no período PC, foi necessário criar valas para guiar o escoamento subsuperficial, que aumentou drasticamente, e poderia elevar as caixas coletoras de água e sedimentos, prejudicando as marcações das réguas e até mesmo comprometer as estruturas dos muros de contenção das parcelas (infelizmente não há registro fotográfico).
Os resultados da Tabela 11 mostraram que houve diferenças nas produções das cargas específicas de sedimentos seja entre os manejos ou seja entre as larguras de mata ciliar, mesmo que na maioria dos casos não tenha havido diferença significativa (p < 0,05). Observamos que no período PCH o manejo MCP, em ambas as larguras (30 e 100m), produziram as menores cargas específicas de sedimentos, em comparação aos demais manejos. Já no período PC os resultados foram o oposto: os manejos MCR e SMC obtiveram as menores cargas específicas entre os manejos.
No período PCH o manejo MCP foi o que produziu as menores cargas específicas de sedimentos, em ambas as larguras estudadas. Os resultados mudaram no período PC, quando os manejos MCR e SMC, já com a presença da vegetação herbácea, produziram as menores cargas específicas de sedimentos. A diferença da produção das cargas específicas de sedimentos entre os manejos, em ambas as larguras 30 e 100m, no período PC foi provocada devido o desenvolvimento da vegetação herbácea. O solo no manejo SMC, estava completamente descoberto durante o período PCH. Quando a vegetação herbácea se desenvolveu, a densidade de plantas e o emaranhado de raízes, no manejo SMC, formaram uma proteção do solo e atuaram na retenção dos sedimentos produzidos pelas parcelas.
Se observarmos os resultados apresentados para o comportamento hidrológico e para o comportamento sedimentológico, podemos verificar uma estreita relação entre
os impactos do desenvolvimento da vegetação herbácea nas Qmax e as lâminas escoadas e, consequentemente, nas produções das cargas específicas de sedimentos nas parcelas de matas ciliares. A Figura 22 mostra a relação entre as cargas específicas de sedimentos e as lâminas escoadas, sendo uma relação forte entre as variáveis (r² = 0,85). Há uma influência direta na produção de sedimentos a alteração do comportamento hidrológico. Podemos verificar que as maiores Qmax e lâminas escoadas foram regitradas durante o período PCH e que o manejo MCP possui as menores Qmax e lâminas escoadas, possuindo, também, as menores cargas específicas de sedimentos. Já no período PC, os resultados se invertem. Os manejos MCR e SMC, com a influência da densa vegetação herbácea, possuem as menores Qmax e lâminas escoadas, logo, também, geraram as menores cargas específicas de sedimentos. O manejo SMC, que tem toda a sua área tomada pela vegetação herbácea, registrou os menores valores de Qmax e lâminas escoadas e, também, os menores valores de cargas específicas de sedimentos.
Os resultados dos valores de CN, também, corroboram com os resultados apresentados para Qmax, lâminas escoadas e da produção de sedimentos. Os mesmos padrões, tanto no período PCH e PC, foram, também, verificados nos resultados do comportamento hidrológico admitidos nos valores de CN (Tabela 10). No período PCH o manejo MCP, em ambas as larguras (30 e 100m), possui os menores valores de CN entre os demais manejos. Já no período PC, os menores valores de CN estão nos manejos MCR e SMC, sendo o oposto dos resultados verificados no período PCH. Vale destacar que, no período PCH, o manejo SMC, para ambas as larguras (30 e 100m) obteve os menores valores de CN, com 66 (30m) e 56 (100m). Isso corrobora com os resultados de produção de carga específica de sedimentos (Figura 23). As raízes da vegetação herbácea aumentaram a capacidade de infiltração, da água do escoamento, no solo das parcelas dos manejos MCR e SMC, durante o período PC, fazendo com que haja maior retenção de água e redução dos valores de CN nesses manejos.
Quando comparamos os resultados entre as larguras, a mata ciliar de 100m possui resultados inferiores às da largura de 30m. A largura de 100m possui as vazões específicas máximas (Qamx), as lâminas escoadas e as cargas específicas de
sedimentos inferiores às da largura de 30m. Como observado acima, as variáveis citadas se relacionam diretamente, então, para intensidades de chuvas semelhantes entre os experimentos (desvio padrão baixo, σ = 0,24), há menor área para dispersar a energia das chuvas e dos escoamentos. Assim, as áreas de 30m registraram Qmax, lâminas escoadas e cargas específicas de sedimentos superiores às registradas pela largura de 100m (Figuras 15 a 20; Tabelas 8, 9 e 10). Além disso, as Qmax foram atingidas, também, mais rapidamente. Dessa forma, podemos inferir que as parcelas de 30m são mais vulneráveis às ações antrópicas e podem proteger menos os cursos hídricos e açudes.
O fato de haver a vegetação herbácea predominante em muitas áreas da paisagem pode, a primeiro momento, parecer bom, pois os resultados são animadores. A vegetação herbácea tem o poder de proteger o solo, auxiliar na infiltração e reduz a possibilidade de grandes vazões que atravessam as matas ciliares, com o aumento da rugosidade do ambiente. O problema mais sério está nas áreas expostas, que não possuem mais espécies de plantas da Caatinga e que só há a presença da vegetação herbácea. As primeiras chuvas são muito agressivas ao solo, como observamos nos resultados acima, pois as mesmas produzem as maiores Qmax, lâminas escoadas e cargas específicas de sedimentos. No início do período chuvoso, ainda, não há o desenvolvimento da vegetação herbácea para proteger o solo. Com o tempo, o solo exposto vai sendo erodido e nem mesmo a vegetação herbácea é capaz de se instalar e se desenvolver, como verificamos em áreas da bacia experimental de Aiuaba, que o grupo Hidrosed da Universidade Federal do Ceará mantém estudos há mais de 13 anos (Figura 24 a,b,c).
Observamos na Figura 24 muitos afloramentos rochosos, e concluímos que a degradação da vegetação altera o comportamento hidrológico, que altera o comportamento sedimentológico, que altera a qualidade do solo e perdendo solo com o passar dos anos.
Figura 24 – Solos expostos em áreas da Bacia Experimental de Aiuaba (BEA), em pousio desde 1978, que o grupo Hidrosed da Universidade Federal do Ceará mantém estudos há mais de 13 anos.
Fonte: Próprio autor (2016).
4.2 Relação entre Manejo das Matas Ciliares, Produção de Escoamento e Produção de Nutrientes
4.2.1 Resultados
As cargas específicas de fósforo foram obtidas a partir do somatório entre as cargas de fósforo oriundas dos escoamentos superficiais e do fósforo que estava adsorvido nas partículas de sedimentos, principalmente nas partículas de menor diâmetro como a argila, que foram retidas no coletor específico para sedimentos (ver Capítulo 3 Material e Métodos).
a b
Verificamos que houve diferença estatística (p < 0,05) entre os manejos das parcelas de 30m, no período de primeiras chuvas (PCH), ocorrendo no manejo MCP a menor produção de fósforo (Tabela 12). Já para a largura de 100m não houve diferença estatística (p > 0,05), ocorrendo no manejo MCR a menor produção de fósforo entre os manejos.
Para o período chuvoso (PC), verificamos que o manejo MCR produziu as menores cargas específicas de fósforo, em ambas as larguras de matas ciliares 30m (7,35 mg/m²) e 100m (0,60 mg/m²), entre os manejos. Para a largura de 30m não houve diferença estatística (p > 0,05) e para a largura de 100m houve diferença estatística (p < 0,05), entre os manejos (Tabela 12).
Tabela 12 – Cargas específicas de fósforo (mgP/m²), obtidas a partir da soma de três experimentos realizados, em cada largura e manejo de matas ciliares, por período.
Larguras de Matas Ciliares
Manejo
MCP MCR SMC
P Esc. P Sed. P Total P Esc. P Sed. P Total P Esc. P Sed. P Total 30m (PCH) 1,05 0,009 1,06 b 4,64 0,116 4,75 a 5,07 10,31* 15,39 a 30m (PC) 9,74 1,228 10,96 c 6,81 0,535 7,35 c 12,11 0,437 12,55 c Total 10,79 1,237 12,02 d, J 11,45 0,651 12,10 d, K 17,18 10,74 27,94 d, M 100m (PCH) 3,48 0,852 4,33 e 3,72 0,125 3,84 e 5,47 2,00 7,48 e 100m (PC) 1,50 0,430 1,93 f 0,59 0,008 0,60 g 1,03 1,03 2,06 f Total 4,98 1,282 6,26 h, J 4,31 0,133 4,44 i, L 6,50 3,03 9,54 h, M
PCH: período de primeiras chuvas; PC: período chuvoso; MPC: mata ciliar preservada; MCR: mata ciliar raleada; SMC: sem mata ciliar; P Esc.: carga específica de fósforo no escoamento superficial; P Sed.: carga específica de fósforo no sedimento; P Total: carga específica total (P Esc. + P Sed.); (*): carga específica P Sed. > P Esc.; (de “a” a “i”): diferença significativa entre os manejos de cada largura de mata ciliar (teste de Friedman, p < 0,05); (de “j” a “m”): diferença significativa entre as larguras (30m e 100m) de cada manejo de mata ciliar (teste de Friedman, p < 0,05). Fonte: Próprio autor (2016).
Se a comparação for entre as larguras de 30 e 100m de matas ciliares, para todos os manejos, na largura de 100m foram verificadas as menores cargas específicas de fósforo (Tabela 12), havendo diferença estatística (p < 0,05) entre as larguras do manejo MCR, com 12,10 mgP/m² (30m) e 4,44 mgP/m² (100m).
Os nutrientes de fósforo foram exportados tanto pelo escoamento superficial quanto pela adsorção aos sedimentos, quando transportados por toda mata ciliar. Verificamos, na Tabela 12, que em 99% dos experimentos realizados, durante as simulações por chuvas artificiais, o fósforo foi exportado em maior quantidade através
dos escoamentos superficiais, com uma média de 81% do fósforo exportado, o resto foi exportado adsorvido aos sedimentos. Mas os resultados apresentaram uma única exceção, no manejo SMC de largura de 30m (PCH), com carga específica de fósforo de 10,31 mgP/m², exportada pelos sedimentos, sendo superior à carga específica de fósforo de 5,07 mgP/m², exportada pelos escoamentos superficiais.
Na Figura 25 observamos a relação entre as cargas específicas de fósforo, produzidas pelos manejos de matas ciliares (nas larguras de 30 e 100m) durante os experimentos de chuvas artificiais combinada com as medições das chuvas naturais, e a lâmina escoada (r² = 0,85). Observamos que as maiores lâminas escoadas, também, produziram as maiores cargas específicas de fósforo, indicando uma relação positiva forte entre as variáveis.
Figura 25 - Relação entre as cargas específicas de fósforo, para todos os manejos (nas larguras de 30 e 100m) e lâmina escoada.
Fonte: Próprio autor (2016).
No boxplot 1 (Figura 26), que representa todos os experimentos integrando os períodos PCH e PC por manejo, observamos que houve diferença estatística (teste de Friedman, p < 0,05), com o manejo SMC apresentando a maior carga específica de fósforo. Essa diferença estatística ocorreu devido ao terceiro experimento do período PC (30m) e ao terceiro experimento do período PCH (30m).
y = 0.2832x + 0.16 R² = 0.8544 0 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 C ar ga Espec íf ic a d e F ó sf o ro ( mg /m² ) Lâmina Escoada (mm)
No boxplot 2 (Figura 26), que representa todos os experimentos no período PCH, observamos que houve diferença estatística (teste de Friedman, p < 0,05), com o manejo SMC apresentando as maiores cargas específicas de fósforo. Este resultado foi influenciado pela produção extrema de fósforo no terceiro experimento do período PCH