UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA SANITÁRIA
A INFLUÊNCIA DA POLUIÇÃO DIFUSA E DO REGIME
HIDROLÓGICO PECULIAR DO SEMIÁRIDO NA QUALIDADE DA
ÁGUA DE UM RESERVATÓRIO TROPICAL
JOSÉ NEUCIANO PINHEIRO DE OLIVEIRA
NATAL - RN
2012
ii
JOSÉ NEUCIANO PINHEIRO DE OLIVEIRA
A INFLUÊNCIA DA POLUIÇÃO DIFUSA E DO REGIME
HIDROLÓGICO PECULIAR DO SEMIÁRIDO NA QUALIDADE DA
ÁGUA DE UM RESERVATÓRIO TROPICAL
Dissertação apresentada ao Programa
de
Pós-graduação
em
Engenharia
Sanitária, da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte, como requisito
parcial à obtenção do título de Mestre
em Engenharia Sanitária.
Orientador: Prof. Dr. Arthur Mattos
Co-Orientadora: Prof. Dra. Vanessa Becker
NATAL - RN
2012
JOSÉ NEUCIANO PINHEIRO DE OLIVEIRA
iii
A INFLUÊNCIA DA POLUIÇÃO DIFUSA E DO REGIME
HIDROLÓGICO PECULIAR DO SEMIÁRIDO NA QUALIDADE DA
ÁGUA DE UM RESERVATÓRIO TROPICAL
Dissertação apresentada ao Programa
de
Pós-graduação
em
Engenharia
Sanitária, da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte, como requisito
parcial à obtenção do título de Mestre
em Engenharia Sanitária.
BANCA EXAMINADORA
Natal - RN
2012
iv
O48i Oliveira, José Neuciano Pinheiro de.
A influência da poluição difusa e do regime hidrológico peculiar
do semiárido na qualidade da água de um reservatório tropical / José
Neuciano Pinheiro de Oliveira. – Natal: UFRN, 2012.
99 f.: il.
Orientador: Arthur Mattos
Dissertação (Mestrado em Engenharia Sanitária) - Universidade
Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Tecnologia. Programa de
Pós-Graduação em Engenharia Sanitária.
1. Poluição difusa - Dissertação. 2. Regime hidrológico Dissertação. 3. Semiárido - Dissertação. 4. Eutrofização Dissertação. I. Mattos, Arthur. II. Universidade Federal do Rio
Grande do Norte. III. Título.
CDU: 504
v
Aos meus pais, Francisco Gonçalves de Oliveira e Emília Maria Pinheiro de Oliveira,
que sempre batalharam para me proporcionar uma educação de qualidade e por
todos os conselhos e ensinamentos necessários a formação de um cidadão de bem.
vi
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus e a Nossa Senhora das Graças, por ter me dado
saúde, coragem e sabedoria durante todo o estudo e pelas oportunidades
concedidas e graças alcançadas.
A CAPES pela concessão de bolsa de mestrado.
A FINEP pelo financiamento da pesquisa através do projeto Monitoramento da Evaporação e
Mudanças Climáticas no Rio Grande do Norte (MEVEMUC).
Aos meus orientadores, Professor Dr. Arthur Mattos, Professora Dra. Vanessa
Becker e Professora Dra. Karina Patrícia Vieira da Cunha, pela orientação neste
trabalho. Agradeço pela oportunidade e confiança depositada em meu trabalho, pela
força, contribuição e motivação, principalmente nesta reta final que foi muito difícil,
porém facilitada pelas suas palavras de incentivo e apoio. O aprendizado que tive
com vocês levarei para o resto da minha vida.
Aos professores, Dr. Eduardo von Sperling e Dr. José Etham, pelas valorosas contribuições na
minha banca de defesa.
Ao LARHISA/UFRN – Laboratório de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental e a
Universidade Federal do Rio Grande do Norte, pelo espaço concedido e essencial para
realização desta pesquisa.
A todos os professores do Programa de Pós-graduação em Engenharia Sanitária da UFRN,
que colaboraram para minha formação.
A secretária do PPgES, Leonor Barbosa e suas auxiliares Lucymara e Carina, a secretária do
LARHISA, Dacifran e aos técnicos de laboratório Nilton, Aline e Sandro por todo suporte e
ajuda durante todo período de mestrado.
Aos professores Dr. José Luiz de Attayde e Dr. André Callado, pelas contribuições na minha
banca de qualificação.
Ao professor Dr. Clístenes Williams e aos alunos Airon e Neila do Laboratório de Fertilidade
do Solo da Universidade Federal Rural de Pernambuco, pelo espaço concedido e auxílio na
realização das análises de solo.
vii
Agradeço a Anselmo, Paola, Chagas de Cristo e ao Sr. Oliveira das Secretarias de Meio
Ambiente e Infraestrutura do município de Currais Novos/RN pelo apoio fundamental nas
atividades de campo e pelo fornecimento de dados de grande valia para esta pesquisa.
Aos funcionários da SEMARH, CAERN e EMPARN pelo fornecimento de dados
fundamentais para a realização deste estudo.
Ao grande motorista Sr. Assis (coleguinha), competente e sempre disposto a ajudar nas
coletas, com um humor excepcional e compreensível aos constantes problemas inerentes as
longas e cansativas viagens.
Aos meus colegas da turma de mestrado de 2010, Adriano, Larisse, David, Pedro, Rafael e
Raquel pela grande amizade e pelos momentos de descontração e lazer juntos.
Aos meus colegas do PPgES, Raniere, Dayana, Selma Thaís, Alex, Hélio, Moisés, Herisson e
Rafael pela amizade e pelas valorosas contribuições na realização desta pesquisa.
Aos meus colegas do projeto MEVEMUC, Anderson, Iagê, Beto, Anysio, Eduardo, Leandro,
Rodrigo, Jurandir, Laíssa, Maricota, Kátia, Luciana, Érika, Thársia e Ângela pela ajuda nas
coletas, na organização dos dados e nas análises de laboratório. Com vocês o exaustivo
trabalho de campo se tornou muito mais divertido e descontraído. São momentos
inesquecíveis que vou levar para o resto da vida.
Aos meus pais, Francisco Gonçalves de Oliveira (Seu Chico Isabel) e Emília Maria
Pinheiro de Oliveira (Dona Zanira), aos meus irmãos Neiliane Pinheiro de Oliveira e
Francisco Neudiano Pinheiro de Oliveira e a toda minha família que, apesar da
distância, sempre me deram apoio, confiança e palavras de conforto nos momentos
difíceis. Tenho muito orgulho de ser o primeiro mestre dessa família tão carismática
e batalhadora.
“A todos vocês, que fizeram parte de mais esta fase
da minha vida e que, de uma outra forma contribuíram
para esta conquista, meus sinceros agradecimentos”.
viii
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................. ix
LISTA DE TABELAS ................................................................................................. xi
RESUMO................................................................................................................... xii
ABSTRACT.............................................................................................................. xiii
APRESENTAÇÃO ................................................................................................... xiv
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1
1.1. Reservatórios ..................................................................................................... 1
1.2. Regime hidrológico de regiões semiáridas ..................................................... 2
1.3. Eutrofização ........................................................................................................ 3
1.4. Balanço de massa de nutrientes em reservatórios ......................................... 5
1.5. Poluição difusa de ecossistemas aquáticos.................................................... 6
2. HIPÓTESES ............................................................................................................ 7
2.1. Hipótese geral..................................................................................................... 7
2.2. Hipóteses específicas ........................................................................................ 7
3. OBJETIVO GERAL ................................................................................................. 8
3.1. Objetivos específicos......................................................................................... 8
4. ÁREA DE ESTUDO ................................................................................................ 8
CAPÍTULO 1 - Eutrofização e balanço de massa de fósforo em um reservatório
tropical ..................................................................................................................... 11
RESUMO................................................................................................................... 11
ABSTRACT............................................................................................................... 12
INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 13
MATERIAL E MÉTODOS ......................................................................................... 14
RESULTADOS .......................................................................................................... 23
DISCUSSÃO ............................................................................................................. 28
CONCLUSÕES ......................................................................................................... 32
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 33
CAPÍTULO 2 - Influência da sazonalidade regida pelo regime hidrológico nas
características limnológicas de um reservatório localizado em região
semiárida...................................................................................................................37
ix
RESUMO................................................................................................................... 37
ABSTRACT............................................................................................................... 38
INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 39
MATERIAL E MÉTODOS ......................................................................................... 40
RESULTADOS .......................................................................................................... 44
DISCUSSÃO ............................................................................................................. 54
CONCLUSÕES ......................................................................................................... 59
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 59
CAPÍTULO 3 - Qualidade de solos sob diferentes usos e seu potencial em
disponibilizar
poluentes
para
um
reservatório
localizado
em
região
semiárida...................................................................................................................63
RESUMO................................................................................................................... 63
ABSTRACT............................................................................................................... 64
INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 65
MATERIAL E MÉTODOS ......................................................................................... 66
RESULTADOS .......................................................................................................... 73
DISCUSSÃO ............................................................................................................. 78
CONCLUSÕES ......................................................................................................... 86
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 87
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................................. 92
6. CONCLUSÕES ..................................................................................................... 94
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 95
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Mapa de localização da sub-bacia do reservatório Dourado, Currais
Novos/RN, com destaque para os principais rios afluentes e os pontos de
amostragem de água no reservatório. (Fonte: Projeto MEVEMUC).......................... 15
Figura 2: Distribuição probabilística de estado trófico para lagos tropicais baseada na
concentração de fósforo total. Fonte: Salas e Martino (1991)................................... 21
Figura 3: Distribuição probabilística de estado trófico para lagos tropicais baseada na
concentração de clorofila-a. Fonte: Salas e Martino (1991).......................................22
Figura 4: Precipitações mensais acumuladas no período de abril/2011 a abril/2012 e
precipitações médias mensais no período compreendido entre 1911 e 2011 na
estação pluviométrica da cidade de Currais Novos/RN (Fonte: Secretaria Municipal
de Infra-estrutura e Serviços Urbanos de Currais Novos – dados não publicados).. 23
Figura 5: Balanço hídrico do reservatório Dourado, Currais Novos/RN, durante o
período de maio de 2011 a março de 2012, destacando a variação do volume
armazenado................................................................................................................24
Figura 6: Distribuição probabilística de estado trófico com base nas concentrações
de fósforo total para o reservatório Dourado, Currais Novos/RN, no período
compreendido entre maio de 2011 e março de 2012.................................................27
Figura 7: Distribuição probabilística de estado trófico com base nas concentrações
anuais de clorofila-a para o reservatório Dourado, Currais Novos/RN, no período
compreendido entre maio de 2011 e abril de 2012.................................................... 28
Figura 8: Mapa de localização do reservatório Dourado, Currais Novos/RN, com
destaque para os pontos de amostragem. (Fonte: Projeto MEVEMUC)....................41
Figura 9: Perfil vertical do reservatório Dourado, Currais Novos/RN: (A) Oxigênio
dissolvido (%); (B) Temperatura (°C) e (C) pH, no p eríodo de maio de 2011 a março
de 2012 no ponto 1 (próximo a barragem)................................................................ 47
Figura 10: Variação temporal do volume do reservatório Dourado, Currais Novos/RN,
e das variáveis profundidade máxima e zona eufótica no ponto mais profundo do
reservatório durante o período compreendido entre maio de 2011 e março de
2012............................................................................................................................48
Figura 11: Variação temporal dos valores médios de sólidos suspensos totais (SST),
sólidos suspensos fixos (SSF) e sólidos suspensos voláteis (SSV) no reservatório
Dourado, Currais Novos/RN, durante o período compreendido entre maio de 2011 e
março de 2012............................................................................................................49
Figura 12: Variação temporal dos valores médios de fósforo total e do volume do
reservatório Dourado, Currais Novos/RN, durante o período compreendido entre
maio de 2011 e março de 2012..................................................................................50
Figura 13: Variação temporal dos valores médios de fósforo total e fósforo solúvel
reativo no reservatório Dourado, Currais Novos/RN, durante o período compreendido
entre maio de 2011 e março de 2012.........................................................................50
Figura 14: Variação temporal dos valores médios de clorofila-a e fósforo solúvel
reativo no reservatório Dourado, Currais Novos/RN, durante o período compreendido
entre maio de 2011 e março de 2012.........................................................................51
xi
Figura 15: Variação temporal dos valores médios de clorofila-a e do volume do
reservatório Dourado, Currais Novos/RN, durante o período compreendido entre
maio de 2011 e março de 2012..................................................................................51
Figura 16: Análise de Componentes Principais (ACP) de variáveis limnológicas,
meteorológicas e morfométricas no reservatório Dourado, Currais Novos/RN,
durante o período compreendido entre maio de 2011 e março de 2012. Unidades
amostrais: local de coleta (1 = próximo a barragem; 2 = região central; 3 e 4 próximo
a desembocadura dos principais rios); meses amostrados (Mai = Maio; Jn = Junho;
Jl = Julho; Ag = Agosto; Se = Setembro; Ou = Outubro; Nv = Novembro; Dz =
Dezembro; Ja = Janeiro; Fe = Fevereiro; Ma = Março); T = temperatura da água;
Cond = Condutividade elétrica da água; %OD= % oxigênio dissolvido; SSF = Sólidos
suspensos fixos; SSV = Sólidos suspensos voláteis; Turb = Turbidez; PT = fósforo
total; FSR = fósforo solúvel reativo; NO3 = Nitrato; NH3 = Amônia; Cla = Clorofila-a;
Zeu = Zona eufótica; Pluv = Pluviosidade; Evapo = Evaporação; Vol = Volume; Área
sup = Área superficial................................................................................................. 53
Figura 17: Mapa de localização de seis ambientes sob diferentes usos do solo na
zona ripária do reservatório Dourado. (Fonte: Projeto MEVEMUC)...........................68
Figura 18: Análise de Componentes Principais (ACP) de atributos químicos do solo
em diferentes ambientes da zona ripária do reservatório Dourado. Unidades
amostrais: Ambiente amostrado (MT1 e MT2 = Mata nativa 1 e 2; CP1 = Capim 1;
CP2 = Capim 2; HOR = Horta; PEC = Pecuária); Profundidade de coleta ( I = 0-20
cm; II = 20-40 cm); MO = Matéria orgânica; Ca2+ = Cálcio; Mg2+ = Magnésio; pH=
potencial hidrogeniônico; P = Fósforo disponível; Na+ = Sódio; K+ = Potássio; CTC =
Capacidade de troca catiônica; V = Saturação por bases......................................... 77
xii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Balanço de entrada e saída de água no reservatório Dourado, Currais
Novos/RN, durante o período de maio de 2011 à março de 2012.............................24
Tabela 2: Volume médio de água (V), área superficial média (A), profundidade média
(Z), vazão mensal de saída (Q) e tempo de residência da água (Tw) do reservatório
Dourado, Currais Novos/RN, durante o período de maio de 2011 a março de 2012.
(Fonte: SEMARH – Dados não publicados)...............................................................25
Tabela 3: Volumes afluentes, concentrações médias de fósforo total e cargas totais
de fósforo que entraram no reservatório Dourado, Currais Novos/RN, a partir dos rios
e da precipitação durante o período compreendido entre maio de 2011 e março de
2012............................................................................................................................25
Tabela 4: Volumes efluentes, concentrações médias de fósforo total e cargas totais
de fósforo que saíram do reservatório Dourado, Currais Novos/RN, devido ao
vertimento, abastecimento e irrigação no período compreendido entre maio de 2011
e março de 2012. .......................................................................................................26
Tabela 5: Valores dos parâmetros carga de fósforo por unidade de área do
reservatório (L(P)), tempo de residência da água (Tw) e profundidade média (Zmed)
encontrados para o reservatório Dourado, Currais Novos/RN, durante o período
compreendido entre maio de 2011 e março de 2012.................................................26
Tabela 6: Estatísticas descritivas (mínima, máxima, média e desvio padrão) das
variáveis limnológicas monitoradas no reservatório Dourado, Currais Novos/RN,
durante os períodos seco e chuvoso..........................................................................46
Tabela 7: Atributos físicos do solo na camada de profundidade 0-20 em ambientes
sob diferentes usos do solo na zona ripária do reservatório Dourado, Currais
Novos/RN...................................................................................................................73
Tabela 8: Atributos químicos do solo em ambientes sob diferentes tipos de uso do
solo na zona ripária do reservatório Dourado, Currais Novos/RN.............................74
Tabela 9: Atributos químicos do solo nas profundidades de amostragem 0-20 cm e
20-40 cm em ambientes sob diferentes tipos de uso do solo na zona ripária do
reservatório Dourado, Currais Novos/RN...................................................................75
Tabela 10: Estimativas de perdas de solo (t.ha-1.ano-1) e de fósforo disponível (kg.
ha-1.ano-1) do solo em ambientes diferenciados quanto ao uso na zona ripária do
reservatório Dourado, Currais Novos/RN...................................................................78
xiii
RESUMO
Oliveira, J.N.P. A influência da poluição difusa e do regime hidrológico peculiar do
semiárido na qualidade da água de um reservatório tropical. Natal: Universidade
Federal do Rio Grande do Norte. 2012. 99 pp. Dissertação de Mestrado.
Na região semiárida do nordeste do Brasil a maioria dos reservatórios utilizados para
abastecimento público vem sofrendo degradação da qualidade da água,
influenciados pela poluição difusa de áreas agrícolas e de pecuária da bacia de
drenagem e pelo regime hidrológico peculiar da região, caracterizado por um
período de chuva com maiores volumes armazenados nos reservatórios e um
período de seca com redução do nível da água devido à intensa evaporação e
aumento do processo de eutrofização. O reservatório Dourado, localizado no
município de Currais Novos, região semiárida do estado do Rio Grande do Norte é
um exemplo de manancial de abastecimento que pode apresentar degradação da
qualidade da água e inviabilização do seu uso, devido ao elevado aporte externo de
nutrientes a partir de fontes não-pontuais da bacia de drenagem durante o período
chuvoso e aumento do processo de eutrofização devido a diminuição do volume
armazenado durante o período de seca. Este trabalho teve como objetivo investigar
e quantificar a poluição difusa e o regime hidrológico da região semiárida a fim de
estabelecer padrões referentes à qualidade da água do reservatório Dourado. O
período de estudo foi compreendido entre os meses de maio de 2011 a março de
2012. A polução difusa foi quantificada tanto em relação à bacia de drenagem, a
partir do balanço de massa de fósforo no reservatório, como em relação a áreas sob
diferentes tipos de uso do solo na zona ripária do reservatório a partir da avaliação
dos atributos químicos do solo e das perdas de fósforo em cada área. A influência
do regime hidrológico na qualidade da água do reservatório foi avaliada a partir do
monitoramento mensal das variáveis morfométricas, meteorológicas e limnológicas
do reservatório ao longo do período de estudo. Os resultados mostraram que o
reservatório recebeu uma elevada carga de fósforo advinda da bacia de drenagem e
se apresentou como um sistema capaz de reter parte desta carga afluente,
conferindo uma tendência ao aumento do processo de eutrofização. A poluição
difusa por nutrientes a partir de áreas sob diferentes tipos de uso do solo na zona
ripária do reservatório foi maior na área sob influência da pecuária, sendo essa área
considerada uma potencial fonte difusa de nutrientes para o reservatório. Em relação
ao regime hidrológico, durante o período de chuva o reservatório foi caracterizado
por elevadas concentrações de nutrientes e reduzida biomassa algal, enquanto que
no período de seca a redução do volume e o aumento do tempo de retenção da
água do reservatório contribuiu para o crescimento excessivo da biomassa algal,
favorecendo o aumento do processo de eutrofização. Em síntese a qualidade da
água do reservatório tropical Dourado é direcionada pela poluição difusa oriunda da
bacia de drenagem e pelo regime hidrológico peculiar da região semiárida, onde o
período chuvoso é caracterizado pelo elevado aporte de compostos alóctones
provenientes dos rios tributários e da erosão do solo na zona ripária do reservatório,
e o período seco caracterizado pela marcante redução do volume armazenado
devido à intensa evaporação, alto tempo de residência da água e a consequente
degradação da qualidade da água devido ao aumento do processo de eutrofização.
Palavras-chave: poluição difusa, regime hidrológico, semiárido, eutrofização.
xiv
ABSTRACT
In semiarid region of northeast Brazil, the majority of reservoirs used for public supply
has suffered degradation of water quality affected by diffuse pollution from
agricultural and livestock areas of the watershed and by hydrologic regime peculiar to
the region, characterized by a rainy season with higher volumes stored in reservoirs
and a dry season with a reduction in water level due to high evaporation and
increase of eutrophication. The Dourado reservoir, located in Currais Novos city,
semiarid region of Rio Grande do Norte state, is one example of a water supply
reservoir that can have degradation of water quality and impracticability of their use,
due to the high external input of nutrients from non-point sources of watershed during
the rainy season and increasing of eutrophication due to decrease the stored volume
during the dry period. This study aimed to investigate and quantify diffuse pollution
and the hydrologic regime of semiarid region in order to establish standards
regarding the water quality of Dourado reservoir. The study period was between the
months of May 2011 to March 2012. The diffuse pollution was quantified in terms of
watershed from the mass balance of phosphorus in the reservoir, as in relation to
areas under different types of land use within the riparian zone of the reservoir from
the assessment of soil chemical properties and losses of phosphorus in each area.
The influence of hydrological regime on water quality of the reservoir was evaluated
from the monthly monitoring of the morphometric, meteorological and limnological
features throughout the study period. The results showed that the reservoir has
received a high load of phosphorus coming from the drainage basin and presents
itself as a system able to retain some of that load tributary, giving an upward trend of
the eutrophication process. Diffuse pollution by nutrients from areas under different
types of land use within the riparian zone of the reservoir was higher in areas under
the influence of livestock, being this area considered a potential diffuse source of
nutrients to the reservoir. Regarding the water regime during the rainy season the
reservoir was characterized by high concentrations of nutrients and small algal
biomass, while in the dry season the reduction of volume and increase of the water
retention time of the reservoir, contributing to the excessive growth algal biomass,
favoring an increase in eutrophication and deterioration of water quality. In synthesis
the water quality of Dourado reservoir is directed by diffuse pollution coming from the
drainage basin and the hydrological regime of the peculiar semiarid region, where the
rainy season is characterized by high input of allochthonous compounds from the
tributaries and erosion of the soil in the reservoir riparian zone, and the dry season
characterized by reducing the storage volume due to high evaporation, high
residence time of water and consequent degradation of water quality due to the
increase of eutrophication process.
Keywords: diffuse pollution, hydrological regime, semiarid, eutrophication.
xv
APRESENTAÇÃO
Este trabalho foi realizado na Universidade Federal do Rio Grande do Norte,
no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária, sob orientação do prof.
Dr. Arthur Mattos e Co-orientação da prof. Dra. Vanessa Becker e da prof. Dra.
Karina Patrícia Vieira da Cunha.
A pesquisa foi parte integrante do projeto “Monitoramento da Evaporação e
Mudanças Climáticas no Rio Grande do Norte”, financiado pela FINEP (processo n°
52009).
A influência da poluição difusa e do regime hidrológico peculiar do semiárido
na qualidade da água de um reservatório tropical é o tema da presente dissertação.
A dissertação é formada por três capítulos, cada um na forma de artigo científico,
contendo resumo, abstract, introdução, material e métodos, resultados, discussão,
conclusões e referências bibliográficas. O capítulo 1 refere-se à eutrofização e ao
balanço de massa de fósforo em um reservatório tropical. O capítulo 2 aborda a
influência da sazonalidade regida pelo regime hidrológico nas características
limnológicas de um reservatório localizado em região semiárida. O capítulo 3 trata
da qualidade de solos sob diferentes usos e seu potencial em disponibilizar
poluentes para um reservatório tropical semiárido. No final do trabalho elaborou-se
as considerações finais, com o intuito de relacionar os capítulos apresentados e
reforçar as conclusões mais relevantes, visando fornecer elementos úteis na gestão
dos recursos naturais da bacia de drenagem do reservatório.
1
1. INTRODUÇÃO
1.1 Reservatórios
Reservatórios são ecossistemas aquáticos artificiais formados a partir do
barramento de um rio em uma bacia hidrográfica, possuindo características que
tendem para sistemas lóticos ou lênticos de acordo com seu tempo de residência.
Esses sistemas promovem uma contínua e dinâmica ligação entre ecossistemas
terrestres e aquáticos e por isso são sensíveis às alterações humanas na bacia de
drenagem.
A construção de reservatórios para diversos fins é uma das grandes
experiências humanas na modificação dos ecossistemas naturais. Pequenos
sistemas de acumulação de água, com propósito inicial limitado, foram substituídos
por empreendimentos complexos e de grande porte, utilizados principalmente para a
produção de energia elétrica (Straskraba e Tundisi, 1999).
O rápido aumento na construção de reservatórios e a grande dimensão
desses ecossistemas artificiais têm produzido inúmeros problemas devido às
alterações nos sistemas hidrológico, atmosférico, biológico e social na região de
construção e na área atingida pelo lago artificial. Um reservatório ao interceptar o
fluxo de água de um rio, além das inúmeras modificações causadas em um amplo
espectro de atividades e processos ao longo da bacia hidrográfica, passa a
funcionar como um 'coletor de eventos', detectando os impactos do uso e ocupação
do solo dentro dos limites de sua bacia (Prado, 2002).
As grandes cadeias de reservatórios nas bacias brasileiras apresentam
importante significado econômico, ecológico, hidrológico e social para muitas regiões
do país. Esses sistemas foram utilizados como base para o desenvolvimento
regional,
uma
vez
que
são
destinados
para
diversas
finalidades,
como
hidroeletricidade, irrigação, piscicultura, transporte, controle de cheias, recreação,
turismo e reserva de água para o abastecimento humano (Poolman, 2006).
Na região Nordeste do Brasil o combate à seca nos últimos cem anos tem
sido feito por meio do fornecimento de água superficial armazenada, garantindo uma
segurança hídrica através da construção de reservatórios, comumente chamados de
“açudes” (Bouvy et al., 1999).
2
A construção de reservatórios no Nordeste brasileiro teve início na época do
Brasil Império, com a criação do reservatório de Cedro (CE), no entanto, somente
após a grande seca de 1944/1945 iniciou-se efetivamente a construção dos
reservatórios ao longo do curso de água dos rios das principais bacias hidrográficas.
Assim foi desenvolvido um dos maiores programas de construção de reservatórios
do mundo com mais de 70 mil reservatórios sendo construídos, os maiores, cerca de
1000 reservatórios, pelo poder público e os pequenos e médios, pela iniciativa
privada (Molle, 1994).
A construção de reservatórios no semiárido brasileiro foi vital para a sua
ocupação e desenvolvimento de atividades econômicas, capaz de aumentar a
resistência do homem à seca, através do suprimento de água para abastecimento
humano, dessedentação de animais, produção agrícola irrigada e desenvolvimento
da piscicultura (Freitas, 2011).
1.2 Regime hidrológico de regiões semiáridas
Zonas semiáridas se caracterizam pela deficiência e/ou irregularidade de
chuvas, onde a evapotranspiração normalmente supera a precipitação, provocando
a perda de grande parte da água superficial e um alto coeficiente de variação do
fluxo anual dos rios que, combinados com a falta de rios perenes e lagos naturais,
provoca a intermitência de quase toda a rede hidrográfica, se constituindo em um
severo problema para a captação e o armazenamento desse recurso essencial
(Silva, 2007).
A disponibilidade de água na região semiárida brasileira é caracterizada pelo
déficit hídrico, apresentando marcante diferença entre o período chuvoso, com
precipitações concentradas em 3 a 4 meses do ano, e o período seco prolongado
com taxas de evaporação normalmente superando os 2000 mm.ano-1. Como as
chuvas normalmente se concentram no período de abril a junho, os maiores déficit
hídricos ocorrem nos meses de outubro a dezembro.
O prolongado período seco anual, caracterizado tanto pela ausência e
escassez quanto pela alta variabilidade espacial e temporal das chuvas, eleva a
temperatura local, caracterizando a aridez sazonal (Vieira, 2002).
3
Os padrões climáticos característicos da região semiárida induzem ao
estabelecimento de algumas feições como a formação vegetal da região composta
pela caatinga hiperxerófila resistente à seca e solos de relevo plano com baixa
profundidade e susceptíveis à erosão natural, com pouca ou nenhuma formação de
aquíferos (Araújo, 2003).
Todos esses fatores característicos da região semiárida têm levado a
tomada de decisões por parte dos órgãos governamentais visando à segurança
hídrica adequada durante os períodos de seca através da construção de
reservatórios para fornecimento de água para indústria, agricultura e abastecimento
público (Molle, 1994). Tem-se observado, no entanto que a segurança hídrica
adequada nessas regiões através da garantia de elevada quantidade de água
armazenada nos reservatórios nem sempre é uma condição de disponibilidade
adequada, visto que alguns fatores climáticos da região podem alterar em grande
escala a qualidade da água armazenada.
Algumas características das regiões semiáridas como a intermitência dos
rios, a seca prolongada e as altas taxas de evaporação tendem a aumentar os níveis
de nutrientes e o tempo de residência da água dos reservatórios, favorecendo a
condição eutrófica e a inviabilização do uso desses mananciais para as atividades
humanas (Costa et al., 2009).
1.3 Eutrofização
A eutrofização pode ser caracterizada como o processo de enriquecimento
das águas por nutrientes, tipicamente fósforo e nitrogênio, resultando no aumento da
produção e crescimento de algas e macrófitas aquáticas, com conseqüente
desequilíbrio do ecossistema aquático e progressiva degeneração da qualidade
ambiental dos corpos d´água (Dodds et al., 2009).
Em lagos naturais pode ser feita uma distinção entre o processo de
eutrofização natural e artificial. A eutrofização natural depende somente da geologia
local e das características naturais da bacia hidrográfica, já a eutrofização cultural é
associada a atividades humanas que aceleram o processo além da taxa equivalente
ao processo natural, por exemplo, o aumento da quantidade de nutrientes em
ecossistemas aquáticos. Esse enriquecimento pode surgir tanto através de fontes
4
externas de formas pontuais e difusas, bem como de fontes internas do próprio
ecossistema, como os sedimentos límnicos (Schindler, 2006).
Com a aceleração do processo de eutrofização mudanças significativas
ocorrem no ciclo de nutrientes, refletindo diretamente na qualidade da água dos
ecossistemas aquáticos. Com o aumento da disponibilidade de nutrientes ocorre um
crescimento excessivo do fitoplâncton, e como conseqüência do processo de
decomposição da matéria orgânica ocorre uma depleção significativa do oxigênio
dissolvido, podendo ocasionar a morte das comunidades aquáticas aeróbias,
gerando a perda da qualidade cênica do ambiente e o aumento da incidência de
cianobactérias (Carpenter et al., 1998).
Em estados avançados de eutrofização pode ocorrer a proliferação de
cianobactérias em detrimento de outras espécies aquáticas. Muitos gêneros desses
microrganismos, quando submetidos a determinadas condições ambientais, podem
produzir toxinas que têm efeitos diretos sobre a saúde humana e provocam aumento
nos custos para o tratamento da água (Carmichael et al., 2001).
Em mananciais localizados na região semiárida brasileira o problema da
eutrofização pode ser acelerado devido a condições ambientais naturais como a alta
evaporação, que tende a concentrar os nutrientes na água; o longo período de
detenção da água e características pedológicas, geológicas e geomorfológicas que
facilitam a lixiviação e o carreamento de nutrientes para os reservatórios (Freitas et
al., 2011).
Outro problema no semiárido é o fato de que, para a manutenção de uma
adequada sustentabilidade hídrica, a maioria dos reservatórios construídos nessas
regiões normalmente possui elevado fator de envolvimento da área da bacia de
captação em relação à área superficial dos reservatórios, semelhante a reservatórios
de outras regiões do Brasil. Esse fenômeno pode influenciar diretamente a
limnologia dos reservatórios pelo grande potencial de enriquecimento por nutrientes
provenientes de fontes não-pontuais tais como áreas agrícolas e de pecuária
localizadas ao longo da bacia (Thornton e Rast, 1993).
Vários trabalhos apontam para a gravidade do problema em escala mundial
(Dodds et al., 2009; Smith and Schindler, 2009) e em zonas semiáridas (Bouvy et al.,
1999; Barbosa et al., 2006; Eskinazi-Sant’Anna et al., 2007; Naselli-Flores et al.,
5
2007; Panosso et al., 2007; Chellapa et al., 2008; Costa et al., 2009). Em função da
eutrofização muitos reservatórios e lagos no mundo já perderam sua capacidade de
abastecimento de populações, manutenção da vida aquática e recreação.
1.4 Balanço de massa de nutrientes em reservatórios
O balanço de massa (ou balanço de materiais) é uma descrição quantitativa
de todos os materiais que entram, saem e que se acumulam em um sistema com
fronteiras delimitadas. Essa ferramenta de modelagem é de grande importancia para
a gestão dos programas e procedimentos operacionais em reservatórios, além de
permitir avaliar como a bacia hidrográfica influencia a qualidade da água.
Os estudos de balanço de massa em lagos e reservatórios foram essenciais
para o desenvolvimento dos primeiros modelos de eutrofização na década de
sessenta. Com base na estimativa da carga total de fósforo afluente aos corpos
d’água foram estabelecidas correlações com as concentrações deste elemento
encontradas na massa líquida (Vollenweider, 1969).
Um modelo pioneiro de balanço de massa para ecossistemas aquáticos foi
proposto por Vollenweider (1969), o qual considerava as cargas de entrada e saída
de fósforo dos lagos, além da perda para o sedimento a partir da medida da taxa de
sedimentação de fósforo e algumas simplificações, tais como a mistura completa das
cargas de fósforo logo após sua entrada; a taxa de sedimentação de fósforo
proporcional a sua concentração no lago e a concentração no fluxo de saída igual à
concentração na coluna d’água. A partir dos trabalhos pioneiros de Vollenweider
(1969) foram desenvolvidas relações de cunho mais abrangente, onde se incluíram
variáveis hidráulicas e morfométricas na previsão da concentração de fósforo nos
ambientes aquáticos (Dillon e Rigler, 1975; Salas e Martino, 1991).
O balanço de massa é tomado atualmente como um padrão em diversos
estudos para quantificar a entrada, retenção e exportação de nutrientes, bem como
avaliar o potencial de eutrofização de reservatórios (Matzinger et al., 2007). A
realização de balanços de massa de nutrientes ao longo de um ciclo hidrológico tem
se tornado uma das melhores formas de se avaliar o potencial de retenção de
nutrientes em reservatórios, já que envolve todos os eventos climáticos que podem
alterar as taxas de importação e exportação desses poluentes para os corpos d’água
durante um período de tempo estipulado (Dillon & Molot, 1996).
6
Vários trabalhos sobre balanço de massa realizados ao longo de ciclos
hidrológicos evidenciam uma retenção de nutrientes em reservatórios (Jossette et
al., 1999; Greco, 2002; Hart et al., 2002; Starling et al., 2002; Cope et al,. 2011;
Freitas, 2011; Bezerra, 2011). Nesses mananciais os modelos de balanço de massa
contribuiram para um melhor entendimento e quantificação dos impactos provocados
pelo aporte de nutrientes através da bacia de drenagem e ajudaram a prever o risco
e a magnitude do processo de eutrofização a que esses mananciais estarão sujeitos
nos próximos anos.
Os modelos de balanço de massa têm se tornado elemento fundamental
para o desenvolvimento de estratégias para a recuperação de reservatórios,
contribuindo também para um planejamento e manejo adequado não só desses
ecossistemas, mas de toda a bacia hidrográfica na qual eles estão inseridos.
1.5 Poluição difusa de ecossistemas aquáticos
A poluição difusa é uma das principais causas de comprometimento da
qualidade da água de ecossistemas aquáticos em diversos países, devido a sua
difícil quantificação e constante variação ao longo do tempo (Carpenter et al., 1998).
Essa forma de poluição está ligada principalmente a resíduos das atividades
agrícolas (fertilizantes, herbicidas, inseticidas, fungicidas, entre outros) e a eventos
irregulares, tais como elevadas precipitações concentradas em um curto período de
tempo que tendem a aumentar a erosão e a quantidade de poluentes transportados
através dos escoamentos superficiais (Huang e Xia, 2001). Este tipo de poluição
pode ser intensificado devido à irrigação, à compactação do solo derivada da
mecanização, ao desflorestamento (inclusive de mata ciliar), à ausência de práticas
conservacionistas do solo, aos processos erosivos, além da interferência de fatores
naturais como a geologia, geomorfologia, declividade, pedologia, forma e densidade
de drenagem da bacia hidrográfica e permeabilidade do solo (Collins et al. 2007).
A poluição difusa advinda da agricultura é, muitas vezes, a principal fonte de
elevadas cargas poluentes transportadas pelos sistemas fluviais ao longo das bacias
hidrográficas, ocasionando a degradação de corpos d’água superficiais situados nas
regiões de menor altitude (Heathwaite et al., 2005). Dentre os principais poluentes
originados em grande escala pela atividade agrícola destacam-se os nutrientes,
principalmente o fósforo e o nitrogênio, que são os principais fatores responsáveis
7
pelo desenvolvimento do processo de eutrofização em ecosssitemas aquáticos (Foy,
2005).
Áreas agrícolas que utilizam fertilizantes e áreas de pecuária com elevada
produção de excretas animais tendem a aumentar consideravelmente os teores de
nutrientes no solo, os quais, durante eventos chuvosos, podem ser carreados aos
corpos d’água junto com material particulado através dos escoamentos superficiais
(Heathwaite et al, 2005). A transferência de nutrientes na forma particulada é
geralmente associada à falta de cobertura vegetal, a qual expõe o solo à energia das
gotas de chuva e à mobilização subsequente de finas partículas enriquecidas com
nutrientes (Uusitalo et al., 2000).
Em regiões semiáridas a poluição difusa de mananciais pode ser elevada
devido a características peculiares da região, notadamente solos rasos com pouca
cobertura devido a vegetação esparça característica (Oyama e Nobre 2004), além
de chuvas intensas que ocorrem de forma concentrada em poucos dias do ano,
promovendo uma maior erosão e aumento do potencial de carreamento de
nutrientes para os corpos d’água (Nigussie et al., 2008).
2. HIPÓTESES
2.1 Hipótese Geral:
A poluição difusa e o regime hidrológico peculiar da região semiárida são os
fatores direcionadores da qualidade da água do reservatório tropical Dourado,
localizado na região semiárida do nordeste brasileiro.
2.2 Hipóteses Específicas:
- A sazonalidade, regida pelo regime hidrológico, modifica as características
limnológicas dos ecossistemas aquáticos do semiárido, devido ao aporte de
compostos alóctones no período de chuva e à diminuição do volume de água
armazenada durante o período seco.
- O manejo inadequado de solos sob uso intensivo modifica a sua qualidade
ambiental e aumenta o seu potencial em atuar como fonte difusa de poluentes para
ecossistemas aquáticos.
8
3. OBJETIVO GERAL
Investigar e quantificar a poluição difusa e o regime hidrológico da região
semiárida a fim de estabelecer padrões referentes à qualidade da água do
reservatório tropical Dourado, utilizado para abastecimento público.
3.1 Objetivos específicos
- Realizar o balanço de massa de fósforo total e determinar a sua taxa de retenção
no reservatório Dourado, região semiárida do Nordeste.
- Determinar o grau de trofia do reservatório através das concentrações de fósforo
total e clorofila-a.
- Avaliar a influência da sazonalidade, regida pelo regime hidrológico, na dinâmica
das variáveis limnológicas do reservatório.
- Verificar as relações entre variáveis limnológicas, morfométricas e meteorológicas
do reservatório durante um ciclo hidrológico.
- Avaliar a qualidade do solo em áreas ripárias sob diferentes usos do solo, a fim de
identificar áreas com maior potencial em disponibilizar poluentes para o reservatório.
- Estimar as perdas de solo e fósforo através da erosão hídrica em áreas sob
diferentes tipos de uso do solo.
4. ÁREA DE ESTUDO
O semiárido do estado do Rio Grande do Norte, também conhecido como
Seridó, apresenta aspectos físico-climáticos bastante específicos. O clima é quente,
descrito pela classificação de Köppen (1928) como clima do tipo BSw’h’ (Estepe),
com uma média pluviométrica de 550 mm/ano, caracterizado por um regime de
escassez e desigual distribuição de chuvas e período chuvoso compreendido entre
os meses de fevereiro a junho. A insolação média da região é de 3000 horas de luz
solar por ano, aliada a temperaturas médias sempre superiores a 22° C e umidade
relativa média anual na casa dos 64 % (IDEMA, 2012).
A formação vegetal da área é composta pela caatinga hiperxerófila, com
abundância de cactáceas e plantas de porte baixo e espalhadas, além da caatinga
subdesértica do Seridó, com arbustos e árvores baixas, ralas e de xerofitismo mais
9
acentuado. As principais espécies presentes nesse tipo de vegetação são: pereiro,
faveleiro, facheiro, macambira, mandacaru, xique-xique e jurema-preta. Os solos
predominantes na região são os neossolos litólicos, com alta fertilidade natural,
textura argilo/arenosa, de relevo plano com baixa profundidade e susceptíveis à
erosão natural (IDEMA, 2012).
O relevo da região é composto pela depressão sertaneja, terrenos baixos
situados entre as partes altas do Planalto da Borborema e da Chapada do Apodi,
possuindo elevações em torno de 200 a 400 metros de altitude na região de Currais
Novos. Os terrenos que compõem a região são predominantemente de formação
cristalina pré-cambriana, com pouca ou nenhuma formação de aquíferos (IDEMA,
2012).
Localizada nos estados da Paraíba e do Rio Grande do Norte a bacia
hidrográfica do rio Piranhas-Açu é de grande importância econômica para o estado
do Rio Grande do Norte, ocupando uma superfície de 17.498,5 km², que
corresponde a cerca de 30 % do território estadual, contribuindo com 79% do total
de água acumulada no estado (SEMARH, 2012). Rios importantes como o rio
Piranhas-Açu e Seridó, dentre outros, fazem parte desta importante bacia
hidrográfica com capacidade de acumulação de 2.988.369.372 m³. No estado do Rio
Grande do Norte a bacia do rio Piranhas-Açu possui cerca de dezessete
reservatórios, dentre esses importantes mananciais de abastecimento como os
reservatórios Dourado, Cruzeta, Marechal Dutra, Passagem das Traíras, Boqueirão
de Parelhas e Itans.
A sub-bacia do reservatório Dourado, objeto deste estudo, possui uma área
de 478,93 km² e um perímetro de 107,67 km, compreendendo as terras dos
seguintes municípios: Cerro Corá (RN) 36,5 km² (7,62%), Currais Novos (RN) 364,83
km² (76,18%) e Lagoa Nova (RN) 77,56 Km² (16,20%).
O reservatório Dourado está situado nas coordenadas geográficas de
Latitude 06°14’48” S e Longitude 36°30’30” W, a uma altitude média de 335 m,
distante cerca de 1 km da cidade de Currais Novos, região semiárida do Rio Grande
do Norte. O Departamento Nacional de Obras Contra a Seca (DNOCS) concluiu a
construção do reservatório em 1982, a partir do barramento do rio São Bento e hoje
gerencia e tem a propriedade sobre o reservatório (SEMARH, 2012).
10
A capacidade máxima de acumulação do reservatório está em torno de
10.321.600,00 m³, com um volume de reserva intangível de 1.054.000,00 m³, área
superficial de 3,16 km² e profundidade máxima de 10 m. A barragem é construída
em terra batida com 524 m de extensão e altura máxima de 14,50 m (SEMARH,
2012).
O reservatório é utilizado para pesca, recreação e abastecimento público da
cidade de Currais Novos, além da agricultura irrigada e dessedentação de animais
de pequenas propriedades rurais situadas às margens do reservatório.
11
Capítulo 1
EUTROFIZAÇÃO E BALANÇO DE MASSA DE FÓSFORO EM UM
RESERVATÓRIO TROPICAL
RESUMO
Nas últimas décadas o aumento das cargas de nutrientes transportadas aos
ecossistemas aquáticos a partir das bacias hidrográficas é um dos principais
problemas relacionados ao aumento do processo de eutrofização e degradação da
qualidade da água desses ambientes. O reservatório Dourado, localizado na região
semiárida do nordeste do Brasil é um exemplo de reservatório que pode apresentar
aumento do processo de eutrofização devido ao elevado aporte externo de
nutrientes advindos de fontes não-pontuais da bacia de drenagem. Com base nesse
processo este trabalho tem por objetivo avaliar o grau de trofia e realizar o balanço
de massa de fósforo total do reservatório Dourado para fornecer subsídios ao
manejo adequado de fontes difusas de fósforo ao longo da bacia, visando à
mitigação do processo de eutrofização do reservatório. O período de estudo foi
compreendido entre maio de 2011 e março de 2012. A partir do balanço hídrico do
reservatório no período de estudo foi realizado o balanço de massa de fósforo com
base na estimativa das cargas totais de entrada e saída de fósforo do reservatório.
Foram calculados ainda a porcentagem de fósforo total retida pelo reservatório, o
coeficiente de exportação de fósforo da bacia de drenagem e a carga de fósforo
sobre o reservatório. A eutrofização do reservatório Dourado foi avaliada em relação
às concentrações de fósforo total e de clorofila-a através de um modelo simplificado
de estado trófico proposto para ecossistemas aquáticos tropicais, utilizando uma
curva de distribuição probabilística que estima a probabilidade de ocorrência de um
determinado estado trófico. Os resultados mostraram que o balanço hídrico positivo
do reservatório Dourado durante o período chuvoso contribuiu para uma elevada
exportação de nutrientes da bacia de drenagem a partir dos rios afluentes. A carga
total de entrada de fósforo no reservatório foi de cerca de 2000 kg.ano-1, enquanto
que a carga total de saída de fósforo foi de 946 kg.ano-1, fazendo com que o
reservatório seja considerado acumulador de fósforo total e conferindo ao manancial
uma tendência ao aumento do processo de eutrofização. Em relação ao estado
trófico o reservatório Dourado apresentou maior probabilidade de ser classificado
como mesotrófico em relação às concentrações de fósforo total e hipereutrófico em
relação às concentrações de clorofila-a, sinalizando para uma tendência à elevação
da eutrofização devido às elevadas concentrações de biomassa algal registradas.
12
ABSTRACT
In recent decades the increase in nutrient loads transported to aquatic ecosystems
from watersheds is one of the main problems related to increase of eutrophication
and degradation of water quality of these environments. Dourado reservoir, located in
the semiarid northeast of Brazil is an example of reservoir that can present increase
in eutrophication due to high external input of nutrients coming from non-point
sources of the watershed. The objective of this paper is to evaluate the degree of
eutrophication and perform the mass balance of total phosphorus in the Dourado
reservoir to provide appropriate management of diffuse sources of phosphorus
throughout the basin, aiming at mitigating the eutrophication process of the reservoir.
The study period was between May 2011 and March 2012. From the water balance
of the reservoir during the study period was carried out the mass balance of
phosphorus based on the total phosphorus loads of input and output of the reservoir.
We also calculated the percentage of total phosphorus retained by the reservoir, the
coefficient of phosphorus export from the watershed and phosphorus load on the
reservoir. The eutrophication of the Dourado reservoir was evaluated in relation to
the concentrations of total phosphorus and chlorophyll-a through a simplified model
of trophic status proposed for tropical aquatic ecosystems, using a probability
distribution curve that estimates the probability of a given trophic state. The results
showed that the positive water balance of the Dourado reservoir during the rainy
season, contributed to a high nutrient export from the drainage basin from tributaries.
The total load input of phosphorus in the reservoir was about 2000 kg.ano-1, while the
total load output of phosphorus was of 946 kg.ano-1, suggesting the Dourado
reservoir is considered accumulator total phosphorus and giving the reservoir an
upward trend of the eutrophication process. In relation to the trophic state, the
Dourado reservoir presented a higher probability of being classified as mesotrophic
with respect to the concentrations of total phosphorus and hypereutrophic in relation
to chlorophyll-a concentrations, indicating a tendency for the increase of
eutrophication due to high concentrations of algal biomass recorded.
13
INTRODUÇÃO
Nas últimas décadas o aumento das cargas de poluentes transportados aos
ecossistemas aquáticos a partir das bacias hidrográficas é um dos principais
problemas relacionados à degradação da qualidade ambiental desses ecossistemas.
Mudanças no uso e na cobertura do solo da bacia tais como o desmatamento de
áreas para plantio associado ao emprego de fertilizantes químicos, têm levado a
modificações na taxa de escoamento superficial, no transporte de sedimentos e nos
fluxos de nutrientes para corpos d’água superficiais (Ismail e Nagib, 2011).
Emissões de nutrientes a partir de fontes difusas advindas da bacia de
drenagem podem ter grande influência no aumento do processo de eutrofização dos
ecossistemas aquáticos, devido ao crescimento excessivo de produtores primários
tais como algas, cianobactérias e macrófitas aquáticas que consomem os nutrientes
em excesso e se reproduzem de forma acelerada (Carpenter et al., 1998).
Como principais consequências da eutrofização nos ecossistemas aquáticos
pode-se destacar: alterações no padrão de oxigenação; florações de algas,
cianobactérias e macrófitas aquáticas; perda da biodiversidade e da atração
paisagística; restrições aos usos da água; efeitos sobre a saúde humana e aumento
nos custos para o tratamento da água (Dodds et al., 2009).
O processo de eutrofização é mais crítico em corpos d’água lênticos, onde
os nutrientes são lentamente removidos devido ao tempo de renovação da água ser
alto em comparação aos ecossistemas lóticos, fazendo com que os nutrientes se
acumulem e fiquem disponíveis por mais tempo na coluna d’água para o consumo
dos produtores primários (Neiff, 1996).
O fósforo, na maioria das águas continentais, pode ser considerado o
principal fator limitante da máxima produção da biomassa fitoplanctônica e o
nutriente crítico na determinação do grau de eutrofização (Correll, 1998).
Nos
corpos d’água lênticos o fósforo comporta-se como um macronutriente e, sendo um
nutriente primário, é essencial para o crescimento do fitoplâncton, podendo estimular
o crescimento excessivo desses produtores e o aumento do processo de
eutrofização, quando em excesso (Salas e Martino, 2001).
Em virtude disso, o estudo da dinâmica e do balanço de massa bem como a
modelagem da dinâmica espaço-temporal do fósforo tornou-se ponto central da
14
teoria da eutrofização de corpos d’água lênticos como os reservatórios, bem como
nos programas aplicados de preservação e recuperação destes ambientes
(Vollenweider, 1969; Rossi e Premazzi, 1991; Dillon e Evans, 1993).
Nesse sentido, o conhecimento da quantidade de fósforo retida ou exportada
pelos reservatórios é essencial para prever e monitorar o processo de eutrofização
nesses sistemas, além de ser importante para propor estratégias de manejo através
da redução das cargas externas de fósforo.
Reservatórios construídos na zona semiárida e em outras regiões do Brasil
normalmente possuem elevado fator de envolvimento da área da bacia de captação
em relação à área superficial dos reservatórios, contribuindo para um maior
potencial de enriquecimento desses corpos d’água por nutrientes advindos de fontes
não-pontuais como áreas agrícolas e de pecuária localizadas ao longo da bacia
(Thornton e Rast, 1993).
O reservatório Dourado, localizado na região semiárida do nordeste do Brasil
é um exemplo de reservatório que pode apresentar aumento do processo de
eutrofização devido ao elevado aporte externo de nutrientes advindos de fontes nãopontuais da bacia de drenagem, em virtude do reservatório ser situado em uma
região sem influência de cargas pontuais. Em virtude desse processo, este trabalho
tem por objetivo avaliar o grau de trofia e realizar o balanço de massa de fósforo
total do reservatório Dourado para fornecer subsídios ao manejo adequado de fontes
difusas de fósforo ao longo da bacia, visando à mitigação do processo de
eutrofização do reservatório.
MATERIAL E MÉTODOS
Área de estudo
A sub-bacia do reservatório Dourado limita-se com os paralelos 06°07’ e 06°
13’ Sul e os meridianos 36°32’ e 36°16’ Oeste. A ár ea da bacia é de 478,93 km² com
um perímetro de 107,67 km, compreendendo terras dos seguintes municípios: Cerro
Corá (RN) 36,5 km² (7,62%), Currais Novos (RN) 364,83 km² (76,18%) e Lagoa
Nova (RN) 77,56 Km² (16,20%). Os principais rios da sub-bacia do Dourado são os
rios São Bento e Areias (Fig. 1).
15
Figura 1: Mapa de localização da sub-bacia do reservatório Dourado, Currais Novos/RN,
com destaque para os principais rios afluentes e os pontos de amostragem de água no
reservatório. (Fonte: Projeto MEVEMUC).
O reservatório Dourado (06°14’48” S; 36°30’30” W),
está situado no
município de Currais Novos, na região semiárida do estado do Rio Grande do Norte,
Brasil (fig.1). A capacidade máxima de acumulação do reservatório está em torno de
10.321.600,00 m³, com uma área superficial de 3,16 km², profundidade máxima de
10 m e relação AD (área da bacia drenagem): AL (área da bacia hidráulica) de
151,56. A barragem é construída em terra batida com 524 m de extensão e altura
máxima de 14,50 m. A conclusão da construção do reservatório foi em 1982, a partir
do barramento do rio São Bento (SEMARH, 2012).
16
A região possui um clima descrito pela classificação de Köppen (1928) como
do tipo BSw’h’ (Estepe), caracterizado por um regime de escassez e desigual
distribuição de chuvas, com média pluviométrica de 470 mm/ano e período chuvoso
compreendido entre os meses de fevereiro e junho. A insolação média da região é
de 3000 horas de luz solar por ano, aliada a temperaturas médias sempre superiores
a 22° C, umidade relativa média anual próxima dos 6 4 % e evaporação potencial em
torno dos 2000 mm/ano (IDEMA, 2012).
Cálculo do balanço hídrico e do balanço de massa de fósforo
O balanço hídrico do reservatório durante o período de maio de 2011 a
março de 2012 foi calculado com base na equação geral da continuidade adaptada
para um lago fechado (equação 1):
A.(dh/dt) = entrada (P.A + Qsup + Qrec) - saída (E.A + Qsub + Qcon + Q vert) (Eq.1)
Onde: A. (dh/dt) = Taxa de variação de armazenamento do reservatório;
A = Área média do espelho d’água;
(dh/dt) = Taxa de variação do nível d’água do reservatório;
P = Precipitações pluviais;
(Qsup) = Escoamento superficial;
(Qrec) = Recarga subterrânea do aquífero;
E = Perda d'água por evaporação;
(Qsub) = Perdas subterrâneas do reservatório;
(Qcon) = Perdas d’água devido ao consumo
(Q vert) = Perdas d’água devido ao vertimento
O volume armazenado e a sua variação mensal no reservatório (A.(dh/dt))
ao longo do período de estudo foram obtidos através do monitoramento mensal da
cota-área-volume do reservatório, fornecido pela Secretaria de Estado do Meio
Ambiente e dos Recursos Hídricos do Rio Grande do Norte (SEMARH).
Dados de precipitações mensais com base em uma série histórica de cem
anos foram obtidos de uma estação pluviométrica monitorada pela Secretaria
Municipal de Infra-estrutura e Serviços Urbanos de Currais Novos. O volume mensal
introduzido no reservatório pelas precipitações foi obtido pelo produto entre o volume
precipitado (m) mensalmente e a área do espelho d’água em cada mês (m²).
17
As recargas subterrâneas do aquífero (Q rec) e as perdas subterrâneas do
reservatório (Q sub) não foram consideradas no balanço hídrico devido aos terrenos
que
compõem
a
bacia
hidrográfica
do
reservatório
Dourado
serem
predominantemente de formação cristalina pré-cambriana, com pouca ou nenhuma
formação de aquíferos (IDEMA, 2012).
A perda de água mensal no reservatório por evaporação foi calculada
através do produto entre a área do espelho d’água em cada mês (m²) e a
evaporação real mensal (ET0) em m, calculada com base no modelo proposto por
Thornthwaite e Mather (1955). Os dados das temperaturas médias mensais
utilizados no cálculo da evaporação real foram fornecidos pela Empresa de Pesquisa
Agropecuária do estado do Rio Grande do Norte (EMPARN).
As perdas de água do reservatório devido ao consumo (Q cons) em m³
foram estimadas com base na vazão mensal retirada pela Companhia de Água e
Esgoto do Rio Grande do Norte (CAERN) para abastecimento público da cidade de
Currais Novos e na vazão média mensal retirada para irrigação obtida através de
entrevistas com agricultores usuários da água residentes no entorno do reservatório.
O volume vertido do reservatório em m³ (Q vert) foi obtido com base na
equação proposta por Francis para cálculo da vazão de vertedores retangulares de
fundo delgado (Villela e Mattos, 1975). A lâmina d’água média sobre o vertedouro
durante o período de vertimento (0,083 m) e o comprimento da soleira (160 m)
utilizados na equação de Francis foram fornecidos pela Secretaria de Estado do
Meio Ambiente e dos Recursos Hídricos do Rio Grande do Norte (SEMARH).
O volume mensal de entrada através dos rios em m³ (Q sup) foi calculado
através da equação 2, onde Qsup representa o volume mensal de entrada pelos rios
a ser calculada; △V é o volume do reservatório (m³) no fim de cada mês observado;
Qprec. é o volume que entra diretamente pela chuva em m³ a cada mês (área do
espelho em m² multiplicada pela precipitação em metros); Qvert é o volume perdido
pelo vertimento em m³ (apenas nos meses em que ocorreu o vertimento do
reservatório); QEvapo é o volume total perdido no final de cada mês por evaporação
em m³ (produto entre a área do espelho (m²) e a evaporação em cada mês (m)) e
QDemanda representa o volume mensal (m³) retirado para abastecimento e
18
irrigação. O volume total de entrada de água no reservatório através dos rios em m³
foi obtido pela soma dos volumes mensais de entrada.
Qsup= △V – Qprec. + Qvert + QEvapo + QDemanda
(Equação 2)
A estimativa das cargas mensais de entrada de fósforo total no reservatório
foi realizada multiplicando-se a vazão de entrada de água no reservatório (m3.mês-1),
pela concentração média de fósforo (gP.m-3) na água que afluiu ao reservatório
através dos principais rios tributários e da precipitação pluvial.
Amostras de água dos rios São Bento e Areias (96% da área total da bacia)
foram coletadas durante os meses de maio e junho de 2011 (n = 3) para quantificar
a concentração de fósforo total na água que aflui ao reservatório por esses
tributários. Além das amostras coletadas nos rios, foram coletadas amostras de
água de chuva (n = 3) no mesmo período para detecção da concentração de fósforo
total nessa componente do balanço de massa. O número reduzido de coletas devese ao fato da irregularidade das chuvas e da intermitência dos rios, que
apresentavam escoamento apenas em curtos períodos de tempo.
O cálculo da vazão mensal afluente ao reservatório através dos rios foi
realizado com base na equação 2. A carga de fósforo total introduzida mensalmente
no reservatório pelos rios foi calculada pelo produto entre a vazão afluente (m³.mês1
) e a concentração média mensal de fósforo total (gP.m-3), obtida nas três
amostragens nos rios São Bento e Areias. A carga de fósforo mensal introduzida
pelas precipitações foi obtida multiplicando-se a concentração média de fósforo total
na água de chuva (gP.m-3) pelo volume precipitado (m3) sobre a área do espelho
d’água em cada mês.
A carga total de entrada de fósforo durante o período de estudo foi obtida
pelo somatório das cargas de entrada mensais através dos rios e da precipitação
pluvial.
A estimativa das cargas mensais de saída de fósforo total do reservatório foi
calculada pelo produto entre a vazão de saída de água do reservatório (m3.mês-1) e
a concentração média de fósforo (gP.m-3) na água do reservatório e do vertedouro
durante o período de vertimento.
19
Amostras de água do reservatório foram coletadas mensalmente em quatro
pontos de coleta (fig. 1) durante o período de maio de 2011 a março de 2012, a fim
de quantificar a concentração média mensal de fósforo total na água que é retirada
do reservatório para irrigação e abastecimento público. No período de vertimento do
reservatório foram coletadas amostras de água (n = 3) no vertedouro para detecção
das concentrações de fósforo total da água liberada durante o período.
O cálculo da vazão mensal retirada do reservatório para uso na irrigação foi
obtido com base em entrevistas com agricultores usuários da água residentes no
entorno do reservatório. Foram registradas in loco as vazões de referência de
bombas hidráulicas que retiram água do reservatório e cada usuário informou
quantas horas por dia em média utiliza a bomba de sua propriedade para captar
água utilizada na irrigação. Utilizando-se a vazão de referência das bombas
identificadas no entorno do reservatório e o horário de funcionamento diário de cada
uma, encontrou-se uma vazão de saída mensal em torno de 11.700 m³.mês-1 para
uso na irrigação.
A vazão mensal retirada do reservatório para abastecimento público da
cidade de Currais Novos foi obtida com base no monitoramento realizado pela
Companhia de Água e Esgoto do Rio Grande do Norte (CAERN), a qual retira cerca
de 229.680 m³.mês-1 do reservatório para suprir a demanda de água do município. A
vazão que foi liberada do reservatório através do vertimento no mês de maio de
2011 foi estimada em 5.870.000 m³.mês-1.
A carga mensal de saída de fósforo total do reservatório devido ao
abastecimento público e a irrigação foi calculada pelo produto entre a vazão retirada
por esses usos (m³.mês-1) e a concentração média mensal de fósforo total (gP.m-3)
dos quatro pontos de coleta do reservatório. A carga mensal de fósforo total liberada
devido ao vertimento foi calculada multiplicando-se a vazão de saída pelo vertedouro
(m³.mês-1) pela concentração média de fósforo total (gP.m-3) das três amostragens
na saída do vertedouro.
A carga total de saída de fósforo durante o período de estudo foi obtida pelo
somatório das cargas de saída mensais através do vertedouro e das demandas com
irrigação e abastecimento público. A porcentagem de fósforo total retida pelo
reservatório durante o período de estudo foi obtida com base na equação 3.
20
Carga P retida (%) = Carga total entrada P – Carga total saída P
Carga total entrada P x 100
(Equação 3)
Em relação às perdas de fósforo no interior do reservatório, salienta-se que
pode ocorrer uma considerável perda de fósforo a partir da coluna d´água por
sedimentação de partículas em suspensão contendo fósforo, porém o modelo
desenvolvido nesse trabalho é do tipo simples e empírico, o qual fornece
informações somente a respeito das entradas e saídas de fósforo do sistema, não
envolvendo qualquer reação química ou biológica associadas com o ambiente
aquático.
Para se determinar a carga de fósforo total sobre o reservatório foi calculado
o coeficiente de exportação de fósforo da bacia (Lb(P)), dividindo-se a carga total de
entrada do fósforo pela área de drenagem dos principais rios tributários, e com isso
pode-se calcular a carga de fósforo sobre o reservatório, conforme a equação 4,
proposta por Toledo Jr. et al., (1983).
L(P) = AD x Lb (P)
AL
(Equação 4)
Onde: L(P) = Carga de fósforo sobre o reservatório (gP total. m-2.ano-1)
AD = Área de drenagem (m2);
Lb(P) = Coeficiente de exportação de P (gP total. m-2.ano-1);
AL = Área do reservatório (m2)
Avaliação da eutrofização do reservatório
A eutrofização do reservatório Dourado foi avaliada em relação ao fósforo
total através de um modelo simplificado de estado trófico proposto para
ecossistemas aquáticos tropicais (Salas e Martino, 1991), utilizando uma curva de
distribuição probabilística e o balanço de massa de fósforo no reservatório ao longo
do período compreendido entre maio de 2011 e março de 2012.
Para aplicação do modelo simplificado foi utilizada uma curva de distribuição
probabilística que estima a probabilidade de acontecimento de um determinado
estado trófico em porcentagem a partir de dados de fósforo total (fig. 2).
21
Figura 2: Distribuição probabilística de estado trófico para lagos tropicais baseada na
concentração de fósforo total. Fonte: Salas e Martino (1991).
Para a utilização do valor de fósforo total no eixo X da curva probabilística e
sua posterior extrapolação para obtenção da probabilidade de ocorrência de um
determinado estado trófico, é necessário que esse valor esteja na forma de
logaritmo da concentração de fósforo total em mg P/m³, encontrada a partir do
modelo simplificado proposto por Salas e Martino (1991) (Equação 5).
P = L(P). Tw3/4
Z
3
(Equação 5)
Onde: P = Concentração de fósforo total em mg P.m-3
L(P) = carga de fósforo por unidade de área do reservatório (g.m-2. ano-1);
Tw = tempo de retenção da água (anos);
Z = profundidade média (m)
A carga de fósforo total por unidade de área do reservatório (L(P)) foi
calculada com base na equação 4. O tempo de retenção da água (Tw) foi obtido a
partir do quociente entre o volume médio do reservatório durante o período de
estudo (m³) e a vazão total de saída do reservatório em m³.ano-1, obtida pela soma
das vazões de saída pelo vertedouro e para abastecimento e irrigação ao longo do
22
período de estudo. A profundidade média do reservatório (Zmed) foi obtida a partir
do quociente entre o volume médio (m³) no período de estudo e a sua área
superficial média (m²).
A eutrofização do reservatório foi avaliada ainda em relação à clorofila-a
através do mesmo modelo simplificado de estado trófico proposto por Salas e
Martino, (1991), utilizando uma curva de distribuição probabilística e a concentração
média anual de clorofila-a no reservatório (fig. 3). Devido à utilização da
concentração média anual de clorofila-a no modelo simplificado, foram utilizados
dados de clorofila-a do período compreendido entre maio de 2011 e abril de 2012.
Ultra
oligotrófico
Mesotrófico
Eutrófico
Oligotrófico
Hiperutrófico
Distribuição de
probabilidade
Clorofila-a
Figura 3: Distribuição probabilística de estado trófico para lagos tropicais baseada na
concentração de clorofila-a. Fonte: Salas e Martino (1991)
Análise das amostras de água
As amostras de água dos rios, da chuva, e do reservatório foram
acondicionadas em garrafas de polietileno, previamente lavadas com HCl 10% e
água deionizada e acondicionadas
em
caixas
térmicas com gelo durante o
transporte até o laboratório para a análise de fósforo total. As concentrações de
fósforo total foram determinadas pelo método colorimétrico proposto por Valderrama
23
(1981). Para a análise de Clorofila-a na água do reservatório as amostras foram
previamente filtradas em membranas de fibra de vidro e as concentrações
determinadas por espectrofotometria após extração com etanol 95% (Jespersen e
Christoffersen, 1988).
RESULTADOS
Balanço hídrico
Durante o período de estudo compreendido entre os meses de maio de 2011
a março de 2012 as precipitações mensais não seguiram o padrão registrado pela
média histórica, com o período chuvoso ocorrendo nos meses de maio, junho e julho
de 2011 e o período seco ocorrendo nos meses de agosto de 2011 a março de 2012
(fig. 4). Durante o período chuvoso precipitaram-se cerca de 300 mm de chuva na
região do reservatório Dourado, com maiores volumes registrados no mês de maio
de 2011. No período de seca foram registrados 71,5 mm de chuva, distribuidos
principalmente nos meses de janeiro e fevereiro de 2012 (fig. 4).
Precipitação Abr/11 a Abr/12
Precipitação média mensal no período de 1911 a 2011
chuva
seca
Figura 4: Precipitações mensais acumuladas no período de abril/2011 a abril/2012 e
precipitações médias mensais no período compreendido entre 1911 e 2011 na estação
pluviométrica da cidade de Currais Novos/RN (Fonte: Secretaria Municipal de Infra-estrutura
e Serviços Urbanos de Currais Novos – dados não publicados).
A flutuação do volume armazenado no reservatório Dourado mostra que, no
inicio do mês de maio de 2011, o reservatório apresentou 79 % da capacidade total
24
de acumulação, vindo a atingir sua capacidade máxima e a verter no final do mês de
maio, devido às intensas chuvas e ao elevado volume de água afluente ao
reservatório a partir dos rios durante este mês. Com o início do período de seca o
reservatório sofreu diminuição progressiva de volume até o final do período de
estudo, devido à escassez de chuvas e à intensa evaporação, registrando 43 % de
sua capacidade no final do mês de março de 2012 (Fig. 5).
chuva
seca
Figura 5: Balanço hídrico do reservatório Dourado, Currais Novos/RN, durante o período de
maio de 2011 a março de 2012, destacando a variação do volume armazenado.
O volume total de entrada através dos rios e da chuva foi menor em relação
ao volume total perdido pela evaporação e através do vertedouro e da demanda
para abastecimento e irrigação, fazendo com que o reservatório apresentasse déficit
hídrico durante o período de estudo (tabela 1).
Tabela 1: Balanço de entrada e saída de água no reservatório Dourado, Currais Novos/RN,
durante o período de maio de 2011 a março de 2012.
Entrada
Vol. rios (m³)
Vol. chuva (m³)
Vol. Total entrada (m³)
Saída
9.122.948
Vol. Evaporado (m³)
779.640
Vol. Demanda/vertido (m³)
9.902.588
Vol. Total saída (m³)
Déficit = 2.031.030 m³
3.617.541
8.316.077
11.933.619
25
Durante o período de estudo o reservatório apresentou ainda reduzida
profundidade média e elevado tempo de residência da água (tabela 2).
Tabela 2: Volume médio de água (V), área superficial média (A), profundidade média (Z),
vazão mensal de saída (Q) e tempo de residência da água (Tw) do reservatório Dourado,
Currais Novos/RN, durante o período de maio de 2011 a março de 2012. (Fonte: SEMARH –
Dados não publicados)
Parâmetro V (106 m³)
7,67
A (106 m²)
2,54
Z(m) = V/A
3,02
Q (106 m³.mês-1)
0,75
Tw = V/Q (dias)
304
Balanço de massa de fósforo
A carga de entrada de fósforo no reservatório Dourado durante o período de
estudo foi composta em quase sua totalidade pela elevada carga de fósforo
exportada da bacia de drenagem e transportada ao reservatório a partir dos rios
tributários. A carga de entrada de fósforo a partir da precipitação foi baixa devido ao
reduzido volume afluente ao reservatório e à baixa concentração de fósforo na água
precipitada (tabela 3).
Tabela 3: Volumes afluentes, concentrações médias de fósforo total e cargas totais de
fósforo que entraram no reservatório Dourado, Currais Novos/RN, a partir dos rios e da
precipitação durante o período compreendido entre maio de 2011 e março de 2012.
Entrada
Vol. afluente (10 m³) Conc. P total (g.m-3) Carga de fósforo (kg.ano-1)
9,1
0,2
1985,45
0,78
0,017
14,47
9,88
0,217
1999,92
6
Rios
Precipitação
Total entrada
A carga de saída de fósforo do reservatório Dourado pelo vertedouro foi
maior em relação à carga retirada devido ao abastecimento e à irrigação durante o
período de estudo. O elevado volume vertido do reservatório durante o período
chuvoso e a alta concentração de fósforo registrada na água vertida contribuíram
para a maior carga de saída de fósforo devido ao vertimento do reservatório (tabela
4).
26
Tabela 4: Volumes efluentes, concentrações médias de fósforo total e cargas totais de
fósforo que saíram do reservatório Dourado, Currais Novos/RN, devido ao vertimento,
abastecimento e irrigação no período compreendido entre maio de 2011 e março de 2012.
Saída
Vol. efluente (10 m³) Conc. P total (g.m-3) Carga de fósforo (kg.ano-1)
Vertedouro
5,87
0,12
768,44
Abast.e Irrigação
2,44
0,067
178,34
Total saída
8,31
0,187
946,78
6
O cálculo do balanço de massa de fósforo no reservatório Dourado resultou
em uma carga de entrada de 1999,92 kg.ano-1, recebida pelo reservatório durante o
período de estudo, enquanto que a carga de saída de fósforo do reservatório devido
ao vertimento e à retirada de água para abastecimento e irrigação foi de 946,78
kg.ano-1. A carga total de fósforo retida pelo reservatório foi de 1053,14 kg,
representando 52,65 % de retenção da carga total no período de estudo.
Foi realizado o cálculo do coeficiente de exportação de fósforo da bacia de
drenagem do reservatório Dourado, Lb(P), sendo estimado em aproximadamente
0,0041 gP.m-2.ano-1, o que resultou em uma carga de fósforo sobre o reservatório de
cerca de 0,63 gP.m-2.ano-1.
Estado trófico do reservatório
Na estimativa do estado trófico do reservatório Dourado em relação ao
fósforo total, utilizou-se os valores da carga de fósforo por unidade de área do
reservatório (L(P)), do tempo de residência da água (Tw) e da profundidade média
(Zmed) (tabela 5) na equação 5.
Tabela 5: Valores dos parâmetros carga de fósforo por unidade de área do reservatório
(L(P)), tempo de residência da água (Tw) e profundidade média (Zmed) encontrados para o
reservatório Dourado, Currais Novos/RN, durante o período compreendido entre maio de
2011 e março de 2012.
Parâmetro
Carga de fósforo por unidade área (L(P))
Tempo de residência da água (Tw)
Profundidade média (Zmed)
Valor
0,63 g.m-2.ano-1
303 dias
3,02 m
Para o reservatório Dourado a concentração de fósforo total calculada foi de
60,0 mg P.m-3. Convertendo-se esse valor para logaritmo, obtêm-se como resultado
27
1,77 mg P.m-3, que, quando aplicado no eixo X da curva de distribuição
probabilística, origina o gráfico representado na figura 6.
Ultra
oligotrófico
Mesotrófico
52%
Eutrófico 38%
Hipereutrófico e
oligotrófico 5 %
Figura 6: Distribuição probabilística de estado trófico com base nas concentrações de
fósforo total para o reservatório Dourado, Currais Novos/RN, no período compreendido entre
maio de 2011 e março de 2012.
De acordo com o modelo adotado para avaliação de estado trófico através
das concentrações de fósforo total, observou-se uma maior probabilidade do
reservatório Dourado ser classificado como mesotrófico (52%). Com probabilidades
moderadas apresentou-se o estado eutrófico (38%) e com probabilidades reduzidas
apresentaram-se os estados hipereutrófico e oligotrófico (5%).
Na estimativa do estado trófico do reservatório Dourado a partir das
concentrações médias anuais de clorofila-a dos quatro pontos de amostragem
localizados no reservatório, durante o período compreendido entre maio de 2011 e
abril de 2012, encontrou-se o valor médio de 28,4 mg cl-a.m-3. Aplicando-se esse
valor no eixo X da curva de distribuição probabilística, obtêm-se o gráfico
representado na figura 7.
28
Ultra
oligotrófico
Mesotrófico
Oligotrófico
Distribuição de
probabilidade
Eutrófico
Hipereutrófico
Hipereutrófico
49%
Eutrófico
47%
Mesotrófico
4%
Clorofila-a
Figura 7: Distribuição probabilística de estado trófico com base nas concentrações anuais de
clorofila-a para o reservatório Dourado, Currais Novos/RN, no período compreendido entre
maio de 2011 e abril de 2012.
Com base nas concentrações anuais de clorofila-a, observou-se uma maior
probabilidade do reservatório Dourado apresentar estado mais elevado de
eutrofização em relação à avaliação feita através das concentrações de fósforo total.
Observou-se uma maior probabilidade de ocorrência dos estados hipereutrófico
(49%) e eutrófico (47%) em relação ao estado mesotrófico (4%), que apresentou
baixas probabilidades de ocorrência.
DISCUSSÃO
As bacias hidrográficas da região semiárida do Brasil apresentam algumas
características que potencializam o aporte de nutrientes aos reservatórios da região.
A presença de solos rasos com pouca cobertura vegetal, devido à vegetação
esparsa e de pequeno porte do bioma caatinga, associados a eventos chuvosos
concentrados em poucos dias do ano, fazem com que os solos da região se tornem
bem lixiviados e os nutrientes sejam carreados em grande escala para os corpos
d’água superficiais durante o período chuvoso (Oyama e Nobre, 2004). Para o
reservatório Dourado a carga total de entrada de fósforo em torno de 2000 kg.ano-1
29
ratifica o elevado aporte de fósforo em bacias da região semiárida. Estudos recentes
desenvolvidos em bacias da mesma região também registraram elevados aportes de
fósforo ao reservatório Marechal Dutra (5.505 kg.ano-1), estudado por Bezerra (2011)
e ao reservatório Cruzeta (28.240 kg.ano-1), em pesquisa desenvolvida por Freitas et
al., (2011).
Salienta-se que o aporte externo de nutrientes aos reservatórios está
condicionado ainda ao elevado fator de envolvimento da área da bacia de captação
em relação à área superficial dos reservatórios. Para o reservatório Dourado o fator
de envolvimento é de 151,5, enquanto que para o reservatório Marechal Dutra esse
fator é de 298,13 (Bezerra, 2011) e para o reservatório Cruzeta o fator é de
aproximadamente 164 (Freitas et al., 2011), explicando o menor aporte de fósforo ao
reservatório Dourado em relação aos outros reservatórios.
Em relação à retenção anual do fósforo total, o reservatório Dourado reteve
52% do total de entrada pelos rios afluentes, caracterizando o reservatório como um
acumulador de fósforo durante o período de estudo.
De acordo com Carmo (2000) as exportações de nutrientes em corpos
d’água superficiais podem estar provavelmente relacionadas à eutrofização do
sistema, devido a estoques potenciais de nutrientes no sedimento, carga interna de
nutrientes e à grande biomassa de algas fitoplanctônicas. Barbosa et al. (1998) e
Torres et al., (2007) constataram na Lagoa da Pampulha, um ambiente eutrófico
urbano, elevadas taxas de retenção de fósforo, 99,8% de retenção encontrada por
Barbosa et al. (1998) e 80,9 % encontrada por Torres et al., (2007). Carmo et al.,
(2002) verificaram, em reservatórios situados em área de preservação ambiental na
cidade de São Paulo, em um ambiente caracterizado como oligotrófico e pouco
impactado, baixas taxas de retenção de fósforo (20%).
O coeficiente de exportação de fósforo total da bacia de drenagem do
reservatório Dourado (0,0041 gP.m-2.ano-1) aproximou-se do coeficiente de
exportação proposto por Diogo et al., (2003) para bacias cobertas em sua maioria
por vegetação natural (0,01 gP.m-2.ano-1), similar à bacia do reservatório Dourado.
Em pesquisa sobre a exportação de nutrientes desenvolvida na área rural da bacia
do rio Jaguari, no Estado de São Paulo, Mansor et al., (2006) obtiveram coeficiente
de exportação em torno de 0,04 gP.m-2.ano-1, valor bem acima do coeficiente de
exportação encontrado para o reservatório Dourado. Salienta-se que a bacia do rio
30
Jaguari apresenta intenso uso e ocupação distribuídos 14,2% em agricultura
temporária, 15,3% em agricultura perene, 3,7% em cobertura vegetal natural, 3,5%
em reflorestamentos e 61,3% em pastagens e campos antrópicos (Mansor et al.,
2006), diferentemente da bacia do reservatório Dourado, onde as principais
atividades praticadas são a agricultura e a pecuária de subsistência em pequenas
propriedades.
Em relação a bacias da região semiárida o coeficiente de exportação de
fósforo da bacia do reservatório Dourado foi menor do que aquele encontrado por
Freitas et al., (2011) para a bacia do reservatório Cruzeta (0,03 gP.m-2.ano-1) e maior
do que aquele encontrado por Bezerra (2011) para a bacia do reservatório Marechal
Dutra (0,0024 gP.m-2.ano-1), evidenciando que bacias hidrográficas, mesmo
apresentando maior coeficiente de exportação de nutrientes, podem ter menor carga
afluente de nutrientes aos reservatórios em função do tamanho da área de
contribuição, como no caso da bacia do reservatório Dourado que apresentou menor
carga afluente de fósforo ao reservatório, mesmo com maior coeficiente de
exportação de fósforo em comparação à bacia do reservatório Marechal Dutra.
A carga de fósforo total sobre o reservatório Dourado foi de 0,63 gP.m-2.
ano-1, estando próximo aos valores encontrados por Figueirêdo et al., (2007) para os
reservatórios Araras (0,53 gP.m-2.ano-1), Edson Queiroz (0,88 gP.m-2.ano-1) e
Jaibaras (1,17 gP.m-2.ano-1) localizados em uma bacia semiárida com características
geológicas e climáticas semelhantes às do reservatório Dourado.
A carga de fósforo total sobre o reservatório Dourado esteve acima da carga
crítica de 0,13 gP.m-2.ano-1, proposta por Vollenweider (1968) para entradas de
fósforo total em lagos de profundidade média em torno de 5 m, no qual se enquadra
o reservatório Dourado. Salienta-se que a carga crítica proposta por Vollenweider
(1968) foi desenvolvida com base em pesquisas em lagos temperados, os quais
apresentam baixo fator de envolvimento em relação a ecossistemas aquáticos
artificiais, característica descrita por Thornton e Rast (1993) como uma propriedade
diferenciada desses ecossistemas pelo grande potencial de enriquecimento dos
mesmos por nutrientes advindos de fontes não-pontuais de áreas agrícolas e de
pecuária localizadas ao longo da bacia.
No que se percebe, a capacidade de assimilação da carga de fósforo
recebida pelo reservatório Dourado é limitada e problemas como a eutrofização
31
podem aumentar em um período relativamente curto, dependendo da mudança no
uso e ocupação do solo na bacia de drenagem. A tendência a uma elevada retenção
de nutrientes do reservatório Dourado e o consequente favorecimento do processo
de eutrofização é um fator a ser considerado na gestão da bacia do reservatório e do
sistema de abastecimento de água, visto que o reservatório é um importante
manancial de abastecimento do município de Currais Novos. A manutenção da mata
ciliar dos rios e das nascentes aliada a um manejo adequado nas áreas agrícolas,
notadamente a redução de adubos e defensivos agrícolas, é uma estratégia
importante na redução da carga difusa de nutrientes na bacia de drenagem do
reservatório Dourado.
Em relação ao estado trófico estimado a partir do modelo proposto por Salas
e Martino (1991), o reservatório Dourado tende a ser classificado como mesotrófico
em relação às concentrações de fósforo total e hipereutrófico em relação às
concentrações de clorofila-a. De acordo com Thornton e Rast (1993) o valor mais
indicado como limite entre os estados mesotrófico e eutrófico em regiões semiáridas
seria de 60 µg.l-1 para fósforo total e 12 µg.l-1 de clorofila-a. Com base nessa
classificação o reservatório Dourado esteve no limite entre os estados mesotrófico e
eutrófico em relação as concentrações de fósforo total e foi classificado como
eutrófico em relação as concentrações de clorofila-a, mostrando certa coerência em
relação à classificação proposta neste estudo. Salienta-se que a classificação do
reservatório como hipereutrófico em relação às concentrações de clorofila-a é mais
apropriada, visto que a elevação da biomassa algal reflete um estágio avançado de
eutrofização do manancial.
Estudos recentes detectaram condições tróficas que variaram de eutrofia
para meso e hipertrofia-eutrofia em reservatórios utilizados para abastecimento
público da bacia hidrográfica do rio Piranhas-Açu, na qual o reservatório Dourado
está inserido (Eskinazi-Sant’Anna et al., 2007; Souza et al., 2008; Costa et al.,
2009). Segundo esses autores as elevadas concentrações de nitrogênio e fósforo
total, além da elevada biomassa algal (valores médios superiores a 20µg.l-1), foram
fatores determinantes para os elevados níveis tróficos registrados.
De acordo com Costa et al., (2009) fatores como a seca prolongada, alta
evaporação e longo tempo de residência da água tendem a concentrar os nutrientes
nos reservatórios do semiárido do Rio Grande do Norte, favorecendo o
32
estabelecimento de condições eutróficas. Em relação à biomassa algal, a redução
do volume e a escassa profundidade dos reservatórios potiguares na seca,
associados às altas concentrações de nutrientes, parecem promover a elevação da
turbidez e a diminuição da disponibilidade de luz, favorecendo a prevalência e
aumento da biomassa de espécies como as cianobactérias que se adaptam melhor
a estas condições ambientais (Brasil, 2011).
As altas concentrações de biomassa algal, especialmente de cianobactérias,
em reservatórios do semiárido do Rio Grande do Norte estão frequentemente
associadas a condições eutróficas (Costa et al., 2009; Chellapa et al., 2008;
Chellapa et al., 2009) refletindo a condição hipereutrófica obtida para o reservatório
Dourado em relação à concentração de clorofila-a.
CONCLUSÕES
- O balanço hídrico positivo do reservatório Dourado durante o período chuvoso
contribuiu para uma elevada exportação de nutrientes da bacia de drenagem para o
reservatório a partir dos rios afluentes.
- O reservatório Dourado apresentou-se como um sistema capaz de reter parte da
elevada carga de fósforo exportada a partir da bacia de drenagem, conferindo ao
manancial uma tendência ao aumento do processo de eutrofização. Como
consequência, são necessárias medidas que visem à mitigação do problema, como
a manutenção da mata ciliar dos rios e das nascentes e o manejo adequado de
áreas agrícolas localizadas ao longo da bacia.
- O reservatório Dourado tende a ser classificado como hipereutrófico durante o
período de estudo, sinalizando para uma tendência à elevação da eutrofização
devido às elevadas concentrações de biomassa algal registradas.
33
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37
Capítulo 2
INFLUÊNCIA DA SAZONALIDADE REGIDA PELO REGIME HIDROLÓGICO NAS
CARACTERÍSTICAS LIMNOLÓGICAS DE UM RESERVATÓRIO LOCALIZADO
EM REGIÃO SEMIÁRIDA
RESUMO
As características físicas, químicas e biológicas de reservatórios podem ser
influenciadas em grande parte por flutuações sazonais no nível d’água relacionadas
ao ciclo hidrológico da região. Flutuações nos volumes armazenados em
reservatórios são mais frequentes em regiões semiáridas, onde eventos chuvosos
são sazonais e ocorrem associados a um regime irregular de precipitações. O
reservatório Dourado, localizado na zona semiárida do estado do Rio Grande do
Norte, é um reservatório com potencial para apresentar uma deterioração na
qualidade da água e inviabilização do seu uso, devido a uma grande variação no
volume de água armazenado ao longo do ano. Em razão destas condições, este
trabalho teve como objetivo identificar e quantificar os fatores direcionadores da
qualidade da água no reservatório tropical Dourado, na região semiárida do nordeste
brasileiro durante um ciclo hidrológico. Variáveis limnológicas, morfométricas e
meteorológicas do reservatório foram monitoradas mensalmente no período
compreendido entre maio de 2011 e março de 2012. Análises de correlações nãoparamétricas (Spearman) e de Componentes Principais (ACP) foram usadas para
determinar as relações existentes entre fatores limnológicos e meteorológicos do
reservatório e mudanças temporais e espaciais nas condições físicas e químicas do
manancial. Os resultados mostraram que a sazonalidade regida pelo regime
hidrológico da região do semiárido apresentou influência na modificação das
características limnológicas do reservatório Dourado, especialmente na qualidade da
água. No período chuvoso o aporte alóctone de compostos ao reservatório a partir
da bacia de drenagem contribuiu para a elevação das concentrações de nutrientes
na água. A biomassa algal se manteve baixa no reservatório durante o período
chuvoso, influenciada pelos efeitos da diluição e da exportação da biomassa
fitoplânctonica suspensa devido ao vertimento do reservatório. A redução no nível da
água e o aumento do tempo de retenção da água do reservatório contribuíram para
a elevação acentuada da turbidez e da biomassa algal, favorecendo o aumento do
processo de eutrofização e a inviabilização do uso do reservatório para diversas
atividades humanas.
38
ABSTRACT
The physical, chemical and biological reservoirs may be influenced largely by
seasonal fluctuations in water level related to the regional hydrological cycle.
Fluctuations in the volumes stored in reservoirs are more frequent in semiarid regions
where rainfall events are seasonal and occur associated with an irregular rainfall
regime. Dourado reservoir, located in semiarid zone of Rio Grande do Norte state, is
a reservoir with the potential to present a deterioration in water quality and
impracticability of their use, due to a large variation in the volume of water stored
over year. Because of these conditions, this study aimed to identify and quantify the
factors drivers of water quality in the Dourado reservoir, in semiarid region of
northeastern Brazil during a hydrological cycle. Limnological, morphometry and
meteorological features of the reservoir were monitored monthly in the period
between May 2011 and March 2012. Non-parametric correlations (Spearman) and
Principal Component Analysis (PCA) were used to determine the relationship
between meteorological and limnological features of the reservoir and spatiotemporal changes in physical and chemical conditions of the reservoir. The results
showed that the seasonality is governed by the hydrological regime of semiarid
region has influence in the modification of the limnological characteristics of the
Dourado reservoir, especially on water quality. In the rainy season, the contribution of
allochthonous compounds to the reservoir from the watershed contributed to the
increase of nutrient concentrations in the water. The algal biomass remained low in
the reservoir during the rainy season, influenced by the effects of dilution and the
export of phytoplankton biomass suspended due to spillage from the reservoir. The
reduction in water level and increase in the water retention time of the reservoir
contributed to a rapid rise in turbidity and algal biomass, favoring an increase in the
eutrophication process and the impracticability of using the reservoir to human
activities.
39
INTRODUÇÃO
Reservatórios podem ser considerados como lagos naturais quanto aos
processos ecológicos básicos que envolvem o metabolismo do sistema, como
padrões de mistura interna, trocas gasosas na interface ar-água, reações redox,
incorporação de nutrientes, interações presa-predador, produção primária e
respiração das comunidades (Thornton et al., 1990). No entanto, em macro-escala,
esses sistemas são muito diferentes, por sua origem, influência da bacia
hidrográfica, fluxos de entrada e saída de água, taxas de fluxo e a interferência da
manipulação humana (Gloss et al., 1980, Thornton et al., 1990). Associados a esses
processos, os reservatórios atuam como principal fonte hídrica para diversas
atividades humanas, incluindo o abastecimento público, produção de energia,
irrigação, aquicultura e recreação, aumentando a importância de estudos desses
sistemas.
As características físicas, químicas e biológicas de reservatórios podem ser
influenciadas em grande parte por flutuações sazonais no nível d’água, as quais
estão associadas à intensa utilização da água pela população e a fatores climáticos
(Naselli-Flores e Barone, 2005). Relacionado a esse processo, tem sido observada
uma
diminuição
na
qualidade
da
água
em
ecossistemas
aquáticos,
independentemente de seu estado trófico, durante períodos caracterizados por baixa
precipitação e redução dos volumes armazenados (Arfi, 2003; Nogões et al., 2003).
A redução do nível da água dos reservatórios tende a concentrar
substâncias dissolvidas na água, tais como nutrientes e sais dissolvidos,
favorecendo o aumento do processo de eutrofização nesses ambientes. Com o
começo das chuvas os reservatórios tendem a melhorar a qualidade da água pelo
efeito da diluição e da renovação da água pelo extravasamento. Assim, pode-se
dizer que alguns parâmetros limnológicos são dependentes diretamente do ciclo
hidrológico (Geraldes e Boavida, 2005)
Flutuações nos volumes armazenados em reservatórios são mais frequentes
em regiões onde eventos chuvosos são sazonais e ocorrem associados a um regime
irregular de precipitações. As condições climáticas das regiões semiáridas,
caracterizadas por altas taxas de evaporação e precipitações irregulares, causam
significantes perdas de água nos reservatórios, principalmente em anos secos,
40
quando a qualidade e a disponibilidade de água pode tornar-se um fator critico para
o desenvolvimento econômico da região (Freire et al., 2009).
A dinâmica dos reservatórios localizados em regiões semiáridas pode ser
caracterizada,
no
período
chuvoso,
por
uma
maior
profundidade
média,
apresentando estratificação térmica, além de uma fase de águas rasas no período
de seca, caracterizada por um aumento na eutrofização e na capacidade de
reciclagem de nutrientes pelos microorganismos (Naselli-Flores, 2003), modificando
as condições naturais de estratificação térmica e dos processos de mistura (Arfi,
2003). A redução das entradas e saídas de água também favorece o aumento da
eutrofização nos reservatórios semiáridos devido à elevação do tempo de residência
da água (Brasil, 2011).
O reservatório Dourado, localizado na zona semiárida do estado do Rio
Grande do Norte, é um reservatório com potencial para apresentar uma deterioração
na qualidade da água e inviabilização do seu uso, devido a uma grande variação no
volume de água armazenado ao longo do ano, influenciada por um período chuvoso
concentrado apenas em quatro meses do ano, além de consideráveis perdas de
água por evaporação e intensa retirada de água para uso da população durante o
período de seca.
Em razão destas condições apresentadas, este trabalho teve como objetivo
identificar e quantificar os fatores direcionadores da qualidade da água no
reservatório tropical Dourado, na região semiárida do nordeste brasileiro durante um
ciclo hidrológico.
MATERIAL E MÉTODOS
Área de estudo
O reservatório Dourado (06°14’48” S; 36°30’30” W),
está situado no
município de Currais Novos, na região semiárida do estado do Rio Grande do Norte,
Brasil (fig. 8). A capacidade máxima de acumulação do reservatório está em torno
de 10.321.600,00 m³, com um volume de reserva intangível de 1.054.000,00 m³,
área superficial de 3,16 km² e profundidade máxima de 10 m. A conclusão da
construção do reservatório foi em 1982, a partir do barramento do rio São Bento
(SEMARH, 2012).
41
Figura 8: Mapa de localização do reservatório Dourado, Currais Novos/RN, com destaque
para os pontos de amostragem. (Fonte: Projeto MEVEMUC).
O reservatório é utilizado para pesca, recreação e abastecimento público da
cidade de Currais Novos, além da agricultura irrigada e dessedentação de animais
de pequenas propriedades rurais situadas às margens do reservatório.
42
A região possui um clima quente, descrito pela classificação de Köppen
(1928) como clima do tipo BSw’h’ (Estepe), caracterizado por um regime de
escassez e desigual distribuição de chuvas, com média pluviométrica de 470
mm/ano e período chuvoso compreendido entre os meses de fevereiro e junho. A
insolação média da região é de 3000 horas de luz solar por ano, aliada a
temperaturas médias sempre superiores a 22° C, umid ade relativa média anual
próxima dos 64 % e evaporação potencial em torno dos 2000 mm/ano (IDEMA,
2012).
Parâmetros meteorológicos e morfométricos
Dados
de
precipitações
mensais
foram
obtidos
de
uma
estação
pluviométrica monitorada pela Secretaria Municipal de Infra-estrutura e Serviços
Urbanos de Currais Novos.
A área superficial, o volume armazenado e a sua variação no reservatório ao
longo do período de estudo foram obtidos através do monitoramento mensal da
cota-área-volume do reservatório Dourado, fornecido pela Secretaria de Estado do
Meio Ambiente e dos Recursos Hídricos do Rio Grande do Norte (SEMARH).
A perda de água mensal no reservatório por evaporação foi calculada
através do produto entre a área do espelho d’água em cada mês (m²) e a
evaporação real mensal (ET0) em m, calculada com base no modelo proposto por
Thornthwaite e Mather (1955). Os dados das temperaturas médias mensais
utilizados no cálculo da evaporação real foram fornecidos pela Empresa de Pesquisa
Agropecuária do estado do Rio Grande do Norte (EMPARN).
Amostragem
Amostras de água foram coletadas mensalmente no período de maio de
2011 a março de 2012, compreendendo os períodos chuvoso (maio a julho de 2011)
e seco (agosto de 2011 a março de 2012).
As coletas foram realizadas no período da manhã em quatro pontos ao longo
do eixo longitudinal do reservatório (fig. 8): próximo à barragem (P1 – 06º14‟47” S;
36º30‟32” W), na região central do reservatório (P2 – 06º14‟31” S; 36º30‟22” W) e
43
próximo à desembocadura dos principais tributários (P3 - 06º14‟37” S; 36º29‟54”
W e P4 - 06º14‟07” S; 36º30‟16” W).
Os perfis verticais de temperatura, pH, oxigênio dissolvido e condutividade
elétrica foram medidos em cada ponto utilizando-se uma sonda multiparamétrica
HIDROLAB DS5, em intervalos de 1 metro,
da
superfície
ao
fundo
do
reservatório. A transparência da coluna d’água foi medida com auxílio de um disco
de Secchi e a zona eufótica foi inferida como sendo três vezes o valor da
transparência (Cole, 1994). Em cada ponto amostral as amostras de água foram
integradas com auxílio de uma garrafa tipo Van Dorn (5L), em coletas a cada dois
metros de profundidade para análise de turbidez, nutrientes, sólidos suspensos e
clorofila-a.
As subamostras foram acondicionadas em garrafas de polietileno,
previamente lavadas com HCl 10% e água deionizada e acondicionadas em caixas
térmicas com gelo durante o transporte até o laboratório para as
posteriores
análises.
Análise das amostras
As medidas de turbidez foram determinadas por nefelometria com auxílio de
um turbidímetro HACH 2100P (APHA, 2005). Os sólidos em suspensão (totais, e
fração fixa e volátil) foram quantificados gravimetricamente, sendo utilizadas
membranas de fibra de vidro (∅ 47 mm e 1,5 µm de porosidade), com secagem em
estufa a 105°C e ignição em forno mufla a 550ºC (AP HA, 2005).
Para análise dos nutrientes dissolvidos inorgânicos as amostras inicialmente
foram filtradas em filtros de fibra de vidro (∅ 47 mm e 1,5 µm de porosidade). O
fósforo solúvel reativo (FSR) foi determinado pelo método de Murphy & Rilley (1962)
através de espectrofotometria, enquanto que a análise de nitrato foi realizada com
base no método proposto por Valderrama (1981), no qual as amostras são tratadas
com salicilato de sódio e determinadas através de espectrofotometria. A amônia foi
determinada através do método fotométrico da nesslerização direta, com leitura
espectrofotométrica (APHA, 2005).
As concentrações de fósforo total foram determinadas pelo método
colorimétrico proposto por Valderrama (1981). Para a análise de Clorofila-a as
44
amostras foram previamente filtradas em membranas de fibra de vidro e as
concentrações determinadas por espectrofotometria após extração com etanol 95%
(Jespersen e Christoffersen, 1988).
Análises estatísticas
Foram realizadas análises descritivas dos dados limnológicos com auxilio do
programa Microsoft Excel 2007.
Análises de correlações não-paramétricas (Spearman) utilizando o programa
Statistica® (Statsoft Inc. 1996) foram usadas para determinar as relações existentes
entre fatores limnológicos e meteorológicos.
Foi realizada ainda uma Análise de Componentes Principais (ACP) com
dados de temperatura, pH, % oxigênio dissolvido, condutividade, turbidez, sólidos
suspensos fixos, sólidos suspensos voláteis, fósforo total, fósforo reativo solúvel,
nitrogênio amoniacal, nitrato, clorofila-a, pluviosidade, taxa de evaporação e área
superficial do reservatório, utilizando o programa PC-ORD® v.6 (McCune e Mefford,
2011) para determinar as mudanças temporais e espaciais nas condições físicas e
químicas do ecossistema.
RESULTADOS
Variáveis meteorológicas e morfométricas
Durante o período de estudo precipitaram-se cerca de 371,5 mm de chuva
na região do reservatório Dourado, distribuídos principalmente no período chuvoso
compreendido pelos meses de maio, junho e julho de 2011. No período de seca,
compeendido pelos demais meses do estudo, foram registradas pequenas chuvas
nos meses de outubro de 2011 e em janeiro e fevereiro de 2012 (Capítulo 1).
Durante o período de estudo evaporaram-se cerca de 3.617.541 m³, sendo as
maiores taxas de evaporação registradas no mês de outubro de 2011 (435.010 m³) e
as menores registradas no mês de maio de 2011 (220.978 m³).
Em relação à variação de volume do reservatório Dourado, no inicio do
estudo o reservatório apresentou 79 % da capacidade total de acumulação
(8.154.064 m³), atingindo sua capacidade máxima (10.321.600 m³) e vertendo no
45
final do mês de maio de 2011. Com o início do período de seca o reservatório
apresentou diminuição progressiva de volume até o final do período de estudo,
registrando 43 % de sua capacidade (4.438.288 m³) no mês de março de 2012
(Capítulo 1). A área superficial do reservatório variou de 3.160.000 m² no mês de
maio (período chuvoso) a 1.806.180 m² no mês de março (período de seca).
O reservatório apresentou baixas profundidades médias ao longo do período
de estudo (Zmed = 3,02), com a maior profundidade observada no ponto próximo à
barragem durante o período chuvoso (Zmax = 9,7 m) e a menor profundidade
registrada no ponto próximo à desembocadura do rio afluente (Zmin = 1,9 m) no final
do período seco.
Variáveis limnológicas
No período de chuva as variáveis transparência da água, zona eufótica,
temperatura, sólidos suspensos fixos, fósforo total, fósforo solúvel reativo, nitrato e
amônia apresentaram maiores valores médios em relação ao período de seca.
Comportamento inverso foi observado para as variáveis condutividade elétrica, pH,
turbidez, oxigênio dissolvido, sólidos suspensos totais, sólidos suspensos voláteis e
clorofila-a, que apresentaram maiores valores médios durante o período de seca
(tabela 6).
O reservatório apresentou-se bem misturado durante a maior parte do
estudo, sendo classificado como polimítico quente com microestratificações térmicas
e químicas no período de seca (fig.9 A, B e C). A temperatura do reservatório
apresentou elevados valores durante todo o período de estudo, com o maior valor de
temperatura encontrado no período chuvoso e o menor valor observado no período
de seca (tabela 6). A maior diferença de temperatura entre a superfície e o fundo da
coluna d’água foi observada no ponto mais profundo durante o período seco no mês
de outubro de 2011 (fig. 9B).
O perfil de temperatura do ponto mais profundo mostra que houve uma
microestratificação térmica apenas durante o período de seca (considerando como
critério um gradiente de temperatura > 0,5°.m -1), sem evidência de formação de
termoclina (fig. 9B).
46
Tabela 6: Estatísticas descritivas (mínima, máxima, média e desvio padrão) das variáveis
limnológicas monitoradas no reservatório Dourado, Currais Novos/RN, durante os períodos
seco e chuvoso.
Parâmetro
Secchi (m)
Zeu (m)
T água (°C)
Cond (µS.cm-1)
pH
Turbidez (NTU)
OD (mg.l-1)
SST (mg.l-1)
SSF (mg.l-1)
SSV (mg.l-1)
PT (µg.l-1)
FSR (µg.l-1)
NO3--N (µg.l-1)
NH4- N (µg.l-1)
Clorofila-a (µg.l-1)
Período chuvoso
1,03 - 1,45
(1,26 + 0,14)
3,09 - 4,35
(3,79 + 0,42)
25,80 - 28,30
(26,90 + 0,90)
630,00 - 869,00
(723,42 + 100,08)
6,29 - 7,11
(6,75 + 0,29)
8,00 - 12,50
(10,23 + 1,05)
5,77 - 7,10
(6,36 + 0,43)
1,75 - 8,80
(5,23 + 2,10)
0,00 - 4,80
(2,72 + 1,43)
0,00 - 5,60
(2,51 + 1,68)
96,71 - 149,57
(116,06 + 19,34)
79,57 - 131,00
(102,43 + 19,78)
420,00 - 1357,50
(693,96 + 259,56)
447,73 - 783,15
(580,34 + 92,80)
7,80 – 16,64
(13,30 + 2,81)
Período seco
0,40 - 1,70
(0,85 + 0,33)
1,20 - 5,10
(2,55 + 0,98)
24,30 - 27,22
(26,06 + 0,82)
761,00 - 1012,00
(883,44 + 74,72)
6,89 - 8,70
(8,01 + 0,40)
11,00 - 36,20
(16,49 + 6,99)
5,34 - 7,89
(6,88 + 0,65)
0,80 - 16,80
(8,38 + 3,77)
0,00 - 6,40
(2,61 + 1,60)
0,40 - 10,80
(5,76 + 2,70)
24,33 - 70,83
(49,79 + 13,68)
0,00 - 43,14
(7,46 + 13,38)
108,89 - 434,00
(271,72 + 85,01)
365,84 – 872,84
(555,34 +120,23)
6,14 - 80,60
(29,25 + 22,16)
Parâmetros: Secchi = Transparência da água; Zeu = Zona eufótica; Cond = Condutividade elétrica;
OD = Oxigênio dissolvido; SST = Sólidos suspensos totais; SSF = Sólidos suspensos fixos; SSV = Sólidos
suspensos voláteis; PT = Fósforo total; FSR = Fósforo solúvel reativo.
47
(A)
chuva
(B)
seca
chuva
seca
(C
chuva
seca
Figura 9: Perfil vertical do reservatório Dourado, Currais Novos/RN: (A) Oxigênio dissolvido
(%); (B) Temperatura (°C) e (C) pH, no período de m aio de 2011 a março de 2012 no ponto
1 (próximo a barragem).
O oxigênio dissolvido apresentou perfil do tipo clinogrado na maior parte do
período de estudo, sendo registrada uma microestratificação química somente
durante o período de seca (fig. 9A). Os valores extremos de oxigênio dissolvido
foram encontrados no período seco, com o maior valor observado no mês de janeiro
e o menor valor no mês de março de 2012 (tabela 6). A diferença máxima das
concentrações de oxigênio dissolvido entre superfície e fundo no ponto mais
profundo foi observada no meio do período seco em outubro de 2011 (fig. 9A).
48
O pH apresentou-se levemente ácido durante o período chuvoso e alcalino
nos demais meses (valores geralmente acima de 8,0) (fig. 9C). O maior valor de pH
foi encontrado no final do período seco e o menor valor no período de chuva (tabela
6).
A condutividade elétrica apresentou menores valores no mês de junho de
2011 durante o período chuvoso, se elevando progressivamente até o final do
período seco, com os maiores valores registrados no mês de março de 2012 (tabela
6).
A zona eufótica apresentou maiores valores durante o período chuvoso, se
estendendo até o sedimento do reservatório nos pontos de menor profundidade.
Durante a estação seca a zona eufótica sofreu uma diminuição progressiva de valor,
apresentando os menores valores no final do período seco (fig. 10)
Figura 10: Variação temporal do volume do reservatório Dourado, Currais Novos/RN, e das
variáveis profundidade máxima e zona eufótica no ponto mais profundo do reservatório
durante o período compreendido entre maio de 2011 e março de 2012.
A turbidez apresentou valores crescentes ao longo do período de seca com
o maior valor observado no ponto próximo à barragem no final do período de seca e
o menor valor registrado durante o período de chuva no mês de junho (tabela 6). Os
sólidos suspensos totais e os sólidos suspensos voláteis seguiram padrão
semelhante ao da turbidez, com valores crescentes ao longo do período seco e
49
maiores concentrações observadas no final do período de seca (fig. 11), indicando
que a maior parte da turbidez é de origem orgânica.
Chuva
seca
Figura 11: Variação temporal dos valores médios de sólidos suspensos totais (SST), sólidos
suspensos fixos (SSF) e sólidos suspensos voláteis (SSV) no reservatório Dourado, Currais
Novos/RN, durante o período compreendido entre maio de 2011 e março de 2012.
As concentrações de fósforo total apresentaram os maiores valores durante
o período de chuva e de maior volume armazenado no reservatório, decrescendo
com início da estação seca e se mantendo com pouca variação até o fim do período
de estudo (fig. 12).
Em relação às frações de nitrogênio dissolvido inorgânico (NID), o nitrogênio
amoniacal apresentou modificação pouco acentuada nas concentrações em relação
aos períodos hidrológicos, sendo a fração com maior contribuição para o nitrogênio
dissolvido inorgânico no período de seca. O nitrato seguiu a mesma tendência do
fósforo total e do ortofosfato, apresentado os maiores valores durante a estação
chuvosa e uma diminuição progressiva ao longo da estação seca, atingindo os
menores valores no final do período de seca (tabela 6).
50
Figura 12: Variação temporal dos valores médios de fósforo total e do volume do
reservatório Dourado, Currais Novos/RN, durante o período compreendido entre maio de
2011 e março de 2012.
O fósforo solúvel reativo apresentou o mesmo padrão do fósforo total, com
maiores concentrações no período chuvoso e reduzidas concentrações no período
de seca (fig.13).
Chuva
seca
Figura 13: Variação temporal dos valores médios de fósforo total e fósforo solúvel reativo no
reservatório Dourado, Currais Novos/RN, durante o período compreendido entre maio de
2011 e março de 2012.
As concentrações de clorofila-a apresentaram padrões de variação sazonal
similares aos de turbidez e de sólidos suspensos voláteis e inversos aos de fósforo
51
solúvel reativo (fig. 14), com menores valores registrados no período de chuva e
progressiva elevação durante o período de seca e de menor volume armazenado no
reservatório (fig. 15).
Chuva
seca
Figura 14: Variação temporal dos valores médios de clorofila-a e fósforo solúvel reativo no
reservatório Dourado, Currais Novos/RN, durante o período compreendido entre maio de
2011 e março de 2012.
Chuva
seca
Figura 15: Variação temporal dos valores médios de clorofila-a e do volume do reservatório
Dourado, Currais Novos/RN, durante o período compreendido entre maio de 2011 e março
de 2012.
52
Correlações entre as variáveis limnológicas e meteorológicas
As variáveis da qualidade de água estiveram relacionadas com o regime de
chuvas da região, apresentando correlações significativas (P<0.05). A pluviosidade
esteve correlacionada positivamente com o fósforo solúvel reativo (0,69), fósforo
total (0,57), nitrato (0,44), e a transparência da água (0,38), e negativamente com a
turbidez (-0,39). A análise ainda revelou que a clorofila-a apresentou correlação
positiva com os sólidos suspensos totais (0,41) e a turbidez (0,66), e negativa com o
fósforo solúvel reativo (-0,31) e a zona eufótica (-0,61).
Análise de Componentes Principais
A
análise
de
componentes principais (ACP) usando 13 variáveis
limnológicas, 2 variáves meteorológicas e 2 variáveis morfométricas explicaram
65,6% da variabilidade dos dados nos primeiros dois eixos (eixo 1 = 41,35 %; eixo 2
= 24,31 %). As variáveis mais importantes na ordenação do eixo 1 foram: volume
armazenado (-0,92), pH (0,86), zona eufótica (-0,86), turbidez (0,83), condutividade
elétrica (0,82), fósforo solúvel reativo (-0,80), clorofila-a (0,74), SSV (0,73), fósforo
total (-0,65), nitrato (-0,64) e pluviosidade (-0,49). Em relação ao eixo 2, as variáveis
mais importantes em sua ordenação foram: %OD (-0,85), evaporação (-0,72),
temperatura (0,70), área superficial (0,65), SSF (0,55) e amônia (0,46). Os
resultados da ACP indicaram que a primeira componente principal refletiu a
sazonalidade regida pelo regime de chuvas e o eixo 2 esteve associado com as
consequências da evaporação (fig. 16). No lado positivo do eixo 1, as unidades
amostrais do período de seca foram relacionadas a altos valores de condutividade
elétrica, pH, SSV, turbidez e clorofila-a. No lado negativo, as unidades amostrais do
período de chuva foram ordenadas com altos valores de fósforo total, fósforo solúvel
reativo, nitrato, zona eufótica, pluviosidade e volume. No lado positivo do eixo 2, as
unidades amostrais foram ordenadas com altos valores de temperatura, SSF,
amônia e área superficial, enquanto que no lado negativo, as unidades amostrais
foram ordenadas com altos valores de evaporação e %OD. Assim, o plano definido
pelas duas primeiras componentes descrevem a sazonalidade regida pelo regime de
chuvas. Além disso, a ACP revelou um comportamento homogêneo entre as
estações
de
amostragem
e
as
variáveis
limnológicas,
meteorológicas
e
53
morfométricas. As estações de amostragem foram agrupadas por amostragens
24.31%
mensais, sem evidência de gradientes espaciais no reservatório (fig. 16).
4Ma
2Ma
1Ma
3Ma
4Mai
2Mai
3Mai
1Mai
T
1Jn
Área sup
PT
4Jn 2Jn
3Jn
3Jl
1Jl
4Jl
2Jl
3Fe
SSF
NH3
Pluv
NO3-
1Fe
4Fe
Cla Turb
2Fe
FSR
SSV Cond
Vol.
Zeu
41.35%
pH
3Ja
4Dz
3Ag 4Ag
Evapo
2Ag
1Se
1Ag
%OD
4Ou 3Nv
3Dz
1Dz
4Nv
3Ou
2Ou
2Nv
1Nv
2Dz
1Ou
2Se
4Se
2Ja
4Ja
periodo
chuva
seca
1Ja
3Se
Gradiente de sazonalidade regida pelo regime hidrológico
Figura 16: Análise de Componentes Principais (ACP) de variáveis limnológicas,
meteorológicas e morfométricas no reservatório Dourado, Currais Novos/RN, durante o
período compreendido entre maio de 2011 e março de 2012. Unidades amostrais: local de
coleta (1 = próximo a barragem; 2 = região central; 3 e 4 próximo a desembocadura dos
principais rios); meses amostrados (Mai = Maio; Jn = Junho; Jl = Julho; Ag = Agosto; Se =
Setembro; Ou = Outubro; Nv = Novembro; Dz = Dezembro; Ja = Janeiro; Fe = Fevereiro; Ma
= Março); T = temperatura da água; Cond = Condutividade elétrica da água; %OD= %
oxigênio dissolvido; SSF = Sólidos suspensos fixos; SSV = Sólidos suspensos voláteis; Turb
= Turbidez; PT = fósforo total; FSR = fósforo solúvel reativo; NO3 = Nitrato; NH3 = Amônia;
Cla = Clorofila-a; Zeu = Zona eufótica; Pluv = Pluviosidade; Evapo = Evaporação; Vol =
Volume; Área sup = Área superficial.
54
DISCUSSÃO
Em regiões áridas e semiáridas, as marcantes flutuações sazonais no nível
d’água dos mananciais de abastecimento devido aos poucos eventos chuvosos
desproporcionalmente distribuídos ao longo do ano, assumem proporções graves
em períodos de baixo nível d’água dos reservatórios. Esses períodos normalmente
são caracterizados pela mudança de estado trófico do sistema, resultando em uma
má qualidade da água devido à elevação da turbidez e da biomassa algal, situação
essa que provoca inviabilização do uso da maioria dos reservatórios para as
diversas atividades antrópicas (Bouvy et al., 2003; Chellappa e Costa, 2003).
Os resultados do presente estudo refletiram que, tanto a dinâmica das
variáveis da qualidade da água, quanto dos parâmetros morfométricos do
reservatório Dourado, foram direcionadas pelo regime hidrológico da região
semiárida.
As variações da área superficial e da quantidade de água armazenada estão
relacionadas às variações naturais do ciclo hidrológico da região, com elevação dos
volumes armazenados durante o período chuvoso, concentrado em poucos meses
do ano, e uma diminuição progressiva de volume durante o período de seca
caracterizado por altas taxas de evaporação. Os resultados obtidos na análise de
componentes principais (ACP) mostraram claramente a influência do regime
hidrológico nos parâmetros morfométricos, com as unidades amostrais do período
chuvoso ordenadas com um maior volume armazenado, em razão do grande volume
precipitado sobre o reservatório no período. Os parâmetros morfométricos e as
variáveis meteorológicas exibiram um comportamento semelhante ao descrito por
Freire et al., (2009) e Freitas et al., (2011) para reservatórios situados em regiões
semiáridas com características climatológicas semelhantes, sugerindo a existência
de dois períodos hidrológicos: um período chuvoso compreendido entre os meses de
março e julho e um período seco ocorrendo de agosto a fevereiro.
A sazonalidade regida pelo regime hidrológico da região semiárida
influenciou também as váriaveis limnológicas, especialmente aquelas relacionadas
com a qualidade da água. Para o período chuvoso as unidades amostrais foram
ordenadas a maiores valores de nutrientes devido ao elevado aporte de compostos
alóctones ao reservatório, enquanto que para o período seco as unidades amostrais
55
foram relacionadas a maiores valores de biomassa algal, sugerindo um aumento do
processo de eutrofização e degradação da qualidade da água.
Variáveis limnológicas relacionadas ao padrão de mistura da coluna d’água
como a temperatura e oxigênio dissolvido não foram influenciadas pelo regime
hidrológico, sendo ordenadas com a variação das taxas de evaporação e da área
superficial do reservatório.
O reservatório se manteve bem misturado durante todo o perídodo de
estudo, com microestratificações térmicas e químicas registradas durante alguns
meses do período de seca e mistura completa da coluna d’água durante a maior
parte do estudo. Esse processo pode estar relacionado à baixa profundidade média
do reservatório (Zméd = 3,0 m), favorecendo a ação do vento na mistura completa
do sistema e a não estratificação da coluna d’água (Padisák e Reynolds, 2003).
Durante o período chuvoso a disponibilidade de luz foi maior do que no
período seco. Uma maior amplitude de zona eufótica foi observada durante o
período chuvoso, evidenciando que os compostos suspensos alóctones tiveram
pouca interferência na penetração da luz na coluna d’água. Ao longo do período de
seca a zona eufótica apresentou uma diminuição acentuada, atribuída ao aumento
nos níveis de turbidez e da biomassa algal, explicada pela correlação significativa
negativa entre a zona eufótica e a clorofila-a, favorecendo a diminuição da
disponibilidade de luz e o aumento da incidência de cianobactérias tóxicas que se
adaptam melhor a condições de sombreamento (Chellapa et al., 2008; Brasil, 2011).
As temperaturas mais elevadas registradas no período chuvoso contribuíram
para a diminuição do oxigênio dissolvido na água durante esse período,
provavelmente devido à menor capacidade de retenção de oxigênio dos corpos
d'água tropicais em temperaturas mais elevadas.
Outro fator relevante para a diminuição da concentração de oxigênio
dissolvido no período chuvoso está relacionado à maior decomposição da matéria
orgânica alóctone que é transferida ao reservatório a partir da bacia de drenagem
durante esse período (Atobatele e Ugwumba, 2008). As maiores concentrações de
oxigênio durante o período seco estão ligadas ao aumento da produção
fotossintética pela elevação da concentração da biomassa algal registrada no
mesmo período.
56
As variáveis influênciadas diretamente pelo regime hidrológico apresentaram
variação bem definida durante o período de estudo. Durante o período chuvoso o pH
apresentou-se ácido no reservatório, influenciado pelo aumento da decomposição
dos compostos orgânicos alóctones e consequentemente das taxas de respiração e
de produção de CO2, fazendo com que o pH se tornasse ácido. Processo inverso
pode ser observado durante o período seco, sendo registrado um aumento do pH
devido ao aumento da biomassa algal e à consequente elevação das concentrações
de oxigênio dissolvido. Este mesmo processo foi observado por Bouvy et al., (2003)
no reservatório Tapacurá na zona semiárida de Pernambuco.
Em relação à condutividade elétrica, as altas concentrações registradas
durante todo o período de estudo no reservatório Dourado estão relacionadas à
influência da geologia local, tipicamente formada por solos alcalinos com altos
teores de sais solúveis nos horizontes superficiais (Corrêa et al., 2003). O regime
hidrológico teve influência direta na elevação dos valores de condutividade elétrica,
devido à concentração dos sais dissolvidos na água durante o período de seca e de
redução do nível da água do reservatório, favorecendo o desenvolvimento do
processo de salinização e a degradação da qualidade da água.
Durante o período de estudo os sólidos suspensos voláteis representaram a
maior fração dos sólidos suspensos totais, influenciados pela elevação da biomassa
algal durante o período de seca, o que explica a correlação positiva significativa
obtida entre os sólidos suspensos totais e a clorofila-a. Durante o período de chuva
os sólidos suspensos fixos foram a fração predominante dos sólidos suspensos
totais, evidenciando que a maior parte dos compostos alóctones que são exportados
da bacia de drenagem para o reservatório são de origem inorgânica, incrementando
o processo de assoreamento do reservatório. Padrão semelhante também foi
observado em reservatórios situados na mesma bacia hidrográfica do Reservatório
Dourado. (Freitas, 2008; Bezerra, 2011).
No período chuvoso as concentrações de fósforo total e fósforo solúvel
reativo registradas no reservatório Dourado foram elevadas, reflexo da capacidade
do reservatório em reter parte da carga de nutrientes exportada a partir da bacia de
drenagem (Capítulo 1). A diminuição das concentrações de fósforo total e fósforo
solúvel reativo durante o período de seca pode ser atribuída ao consumo desses
nutrientes pela biomassa algal (Reynolds, 2006), a qual apresentou um crescimento
57
progressivo durante a seca, semelhante ao observado no reservatório Tapacurá,
com períodos de baixas concentrações de fósforo solúvel reativo coincidindo com
florações da biomassa algal (Bouvy et al., 2003).
O nitrogênio amoniacal não apresentou variação considerável durante os
períodos hidrológicos, não sendo considerado um fator limitante ao crescimento
fitoplânctonico. Em relação ao nitrato, as maiores concentrações observadas
durante o período de chuva podem estar relacionadas ao enriquecimento do
reservatório com compostos nitrogenados advindos de fontes difusas da bacia de
drenagem, notadamente as atividades agrícolas que utilizam fertilizantes de forma
não sustentável. A diminuição das concentrações ao longo do período de seca está
relacionada à sua incorporação à biomassa algal em desenvolvimento nesse
período (Reynolds, 2006).
A análise dos indicadores de limitação por nutrientes ao crescimento da
biomassa algal mostrou que, no período de chuva o reservatório apresentou razão
NID/FSR < 12, indicando potencial limitação por nitrogênio no período. No período
de seca a razão NID/FSR > 100 e concentrações de FSR < 10 µg.l-1, sugerem que
durante esse período o reservatório apresentou
fósforo
ao
crescimento
condições
de
limitação
por
fitoplanctônico, o que explica a correlação negativa
significativa obtida entre a clorofila-a e o fósforo solúvel reativo.
A não atuação do fósforo solúvel reativo como nutriente limitante ao
crescimento fitoplanctônico durante o período chuvoso esteve condicionada à baixa
capacidade de assimilação de nutrientes dissolvidos por parte da biomassa algal, a
qual se manteve em baixas concentrações no período. O efeito da diluição e da
exportação da biomassa algal em suspensão através do vertimento do reservatório,
possivelmente foram fatores determinantes para as baixas concentrações de
clorofila-a registradas no período chuvoso, processo também observado por Brasil
(2011) em reservatórios da região semiárida do Rio Grande do Norte.
Durante o período de seca a redução no nível da água do reservatório
contribuiu para o decréscimo da qualidade da água devido a um aumento acentuado
na turbidez e na biomassa algal, assim como observado para outros sistemas do
semiárido brasileiro e do mundo (Bouvy et al. 2003; Naselli-Flores e Barone 2005;
Beklioglu et al. 2007; Costa et al., 2009; Brasil, 2011). Para os reservatórios da
região semiárida alguns fatores como a redução de volume e da área superficial, as
58
altas taxas de evaporação no período de seca, associados às altas concentrações
de nutrientes recebidas pelos reservatórios no período de chuva e os elevados
tempos de residência da água dos reservatórios são os fatores que promovem o
crescimento excessivo da biomassa algal, especialmente de cianobactérias, durante
o período de seca (Bouvy et al., 1999; Panosso et al., 2007; Costa et al., 2009).
Para o reservatório Dourado a redução acentuada do volume do reservatório
devido à intensa evaporação no período de seca, além da alta carga de fósforo
retida pelo reservatório e do elevado tempo de retenção da água (Capítulo 1)
registrados durante o presente estudo possivelmente foram os fatores determinantes
para o elevado crescimento da biomassa algal no período de seca, favorecendo o
aumento do processo de eutrofização no reservatório.
Em síntese nosso estudo revelou que a dinâmica das variáveis da qualidade
da água do reservatório Dourado foi influenciada diretamente pela sazonalidade
regida pelo regime hidrológico da região do semiárido. O período chuvoso foi
caracterizado pelo elevado aporte de cargas de nutrientes a partir da bacia de
drenagem, porém o aumento da zona eufótica e a exportação da biomassa algal
pelo vertimento registrados no período contribuíram para a manutenção de uma boa
qualidade da água. Por outro lado, no período de seca a redução do volume e o
aumento da estabilidade da coluna d’água do reservatório, associados a uma
elevação do tempo de retenção da água, favoreceu o crescimento excessivo da
biomassa algal, contribuindo para o aumento do processo de eutrofização, havendo
um claro declínio na qualidade da água, e com isso a inviabilização do uso do
reservatório para fins consultivos como o abastecimento da cidade de Currais
Novos.
CONCLUSÕES
59
- A sazonalidade regida pelo regime hidrológico da região do semiárido apresentou
influência na modificação das características limnológicas do reservatório Dourado,
especialmente na qualidade da água.
- No período chuvoso o aporte alóctone de compostos ao reservatório Dourado a
partir da bacia de drenagem contribuiu para a elevação das concentrações de
nutrientes na água.
- A redução no nível da água e o aumento do tempo de retenção da água do
reservatório contribuíram para o crescimento acentuado da turbidez e da biomassa
algal, favorecendo o aumento do processo de eutrofização e a inviabilização do uso
do reservatório para diversos usos consuntivos.
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63
Capítulo 3
QUALIDADE DE SOLOS SOB DIFERENTES USOS E SEU POTENCIAL EM
DISPONIBILIZAR POLUENTES PARA UM RESERVATÓRIO LOCALIZADO EM
REGIÃO SEMIÁRIDA
RESUMO
Em regiões semiáridas os solos se caracterizam por sua baixa profundidade e
grande susceptibilidade à erosão, podendo se constituir em potenciais fontes difusas
de poluentes para mananciais de abastecimento a partir dos escoamentos advindos
de solos sob uso intensivo de atividades antrópicas não-sustentáveis no entorno
desses ecossistemas. A zona ripária do reservatório Dourado, localizado na região
semiárida do estado do Rio Grande do Norte, é constituída por diversos tipos de uso
do solo que podem disponibilizar diferentes tipos de poluentes para o reservatório e
contribuir para a degradação da água desse importante manancial de
abastecimento. Este trabalho tem como objetivo avaliar física e quimicamente a
qualidade de solos sob diferentes tipos de uso na zona ripária do reservatório
Dourado e determinar o potencial de cada tipo de uso do solo atuar como fonte
difusa de poluentes para o reservatório. Na zona ripária do reservatório foram
estudadas seis áreas diferenciadas pelo uso do solo, sendo duas áreas sob mata
nativa (MT1 e MT2); duas áreas plantadas com capim-elefante (CP1 e CP2); uma
área sob influência da pecuária (PEC) e uma área de horta (HOR). Para cada ponto
amostral dos seis diferentes tipos de uso do solo foram coletadas amostras
deformadas e indeformadas de solo no mês de julho de 2011, nas profundidades de
0-20 cm e 20-40 cm. Os atributos físicos e químicos analisados foram:
granulometria, densidade do solo, densidade de partículas, porosidade total, pH em
água, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, P disponível, Matéria orgânica, SB, CTC, V e PST.
Análises estatísticas de ANOVA e teste de Tukey (P<0,05) foram realizadas para
comparação das médias dos diferentes tratamentos dos atributos químicos. Foi
realizada uma Análise de Componentes Principais (ACP) com dados de atributos
químicos do solo para determinar a influência dos diferentes usos do solo na
modificação da condição natural do solo e a potencialidade de cada tipo de uso em
disponibilizar poluentes para o reservatório. As perdas de solo por erosão em cada
tipo de uso do solo foram determinadas a partir da equação universal de perdas de
solo, descrita por Wischmeier e Smith (1978), enquanto que as perdas de fósforo
foram determinadas com base nas perdas de solo e na concentração de P
disponível no solo em cada tipo de uso. Os resultados mostraram que o uso do solo
da zona ripária do reservatório Dourado para cultivo agrícola (CP1 e CP2),
horticultura (HOR) e pecuária (PEC) causaram alterações nos atributos físicos e
químicos do solo que sugerem redução de sua qualidade ambiental e
consequentemente aumento de seu potencial em comprometer a qualidade da água
do reservatório. Na zona ripária do reservatório Dourado as áreas de pecuária se
caracterizaram como as principais fontes difusas de nutrientes para o reservatório,
influenciadas pelo enriquecimento do solo com fósforo derivado da decomposição
dos excretas animais, e pela alta densidade do solo, devido ao pisoteio, concorrendo
para elevadas perdas de solo e de fósforo devido à erosão hídrica durante o período
chuvoso. São necessárias práticas de manejo conservacionistas do solo para a
manutenção de um adequado equilíbrio ecológico da zona ripária do reservatório
64
Dourado permitindo o controle e mitigação do processo de degradação da qualidade
da água desse importante manancial de abastecimento por fontes difusas de
poluição.
ABSTRACT
Soils of semiarid zones are characterized by low depth and high susceptibility to
erosion, and it may constitute a potential source of diffuse pollutants of water supply
reservoirs from runoff arising from soils under non-sustainable human activities
around these ecosystems. The riparian zone of the Dourado reservoir, located in
semiarid region of Rio Grande do Norte state, consists of several types of land use
that can provide different types of pollutants into the reservoir and contribute to the
degradation of this important source of water supply. This study aims to evaluate
physical and chemical quality of soils under different land use in the riparian zone of
the Dourado reservoir and determine the potential of each type of land use to act as
a non-point source of pollutants to the reservoir. In the riparian zone of the reservoir
were studied two areas of native forest (MT1 and MT2), two areas planted with grass
(CP1 and CP2), an area under the influence of livestock (PEC) and an area of
garden (HOR). For each sample point of the six different types of land use were
sampled disturbed and undisturbed soil in July 2011, at dephts 0-20 cm and 20-40
cm. The physical and chemical attributes analyzed were: particle size, soil density,
particle density, porosity, pH, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, available P, organic matter, sum of
bases, CEC, BS and ESP. Statistical analysis ANOVA and Tukey test (P <0.05) were
performed to compare means of different treatments of the chemical attributes. We
performed a Principal Component Analysis (PCA) with data of soil chemical
properties to determine the influence of different land uses in the modification of the
natural condition of the soil and the potential of each land use providing pollutants
into the reservoir. The loss of soil erosion in each land use was determined from the
equation universal of soil losses described by Wischmeier and Smith (1978), while
the loss of phosphorus was determined with basis of loss of soil and available soil P
concentration in each land use. The results showed that the land use of the riparian
zone of the Dourado reservoir for agricultural cultivation (CP1 and CP2), horticulture
(HOR) and livestock (PEC) have caused changes in the physical and chemical soil
properties that suggest a reduction of its environmental quality and consequently
increase their potential to degrade the water quality of reservoir. In the riparian zone
of the Dourado reservoir, areas of livestock were characterized as the main diffuse
sources of nutrients to the reservoir, influenced by soil enrichment with phosphorus
derived from the decomposition of animal excreta, and the high density of the soil
due to trampling, contributing to high losses of soil and phosphorus due to water
erosion during the rainy season. Management practices suitable of soil are
necessary for maintaining of an adequate ecological balance in riparian zone of the
Dourado reservoir allowing the control and mitigation of the water quality degradation
of this important source of water supply for non-point sources of pollution.
65
INTRODUÇÃO
O uso sustentável dos recursos naturais, especialmente do solo e da água,
tem-se constituído em tema de crescente relevância, em razão do aumento das
atividades antrópicas que tendem a impactar esses recursos e torná-los escassos.
O aumento demográfico aliado ao consumo insustentável registrado nas
últimas décadas resultou na intensificação das práticas agrícolas e na necessidade
de obtenção de elevadas produtividades, aumentando a exploração indiscriminada
do solo e a degradação de novas áreas, antes protegidas, nos ecossistemas
naturais. Sistemas inadequados de preparo do solo e uso excessivo de
agroquímicos são fatores que aceleram a degradação do solo, diminuindo o seu
potencial produtivo e ocasionando a contaminação de outros recursos naturais como
os ecossistemas aquáticos.
Nos últimos anos, a preocupação com a qualidade do solo tem crescido, na
medida em que seu uso e mobilização intensiva ocasiona a diminuição de sua
capacidade em manter suas funções ecológicas. De acordo com Doran e Parkin
(1994), a qualidade do solo é conceituada como a capacidade desse recurso exercer
várias funções, dentro dos limites do uso da terra e do ecossistema, para sustentar a
produtividade biológica, manter ou melhorar a qualidade ambiental e contribuir para
a saúde das plantas, dos animais e humana.
A avaliação da qualidade do solo pode ser realizada pela análise de seus
atributos ou características físicas, químicas e biológicas em áreas que vão desde
pequenas propriedades até níveis mais abrangentes, como microbacia hidrográfica,
municípios e outros (Santana e Bahia Filho, 1998). O monitoramento desses
atributos tem se mostrado fundamental para que se possa empregar um manejo
adequado
e
contornar
possíveis
processos
de
degradação
ambiental,
principalmente, em regiões semiáridas, na qual se verifica diversidade marcante no
uso e na ocupação do solo, com o desenvolvimento de atividades com potencial
impacto ambiental sobre os recursos naturais, além de fatores naturais peculiares à
região, como a presença de solos rasos e susceptíveis à erosão, que tendem a
acelerar o processo de degradação do solo (Oyama e Nobre, 2004).
Na literatura é possível encontrar grande volume de estudos sobre a
avaliação da qualidade do solo, envolvendo variados cenários ambientais e de
66
manejo (Islam e Weil, 2000; Dexter, 2004; Amado et al., 2007; Gatiboni et al., 2007),
porém, não são muitos os que abordam a degradação dos solos em regiões
semiáridas. Nessas regiões, o processo de degradação da qualidade ambiental dos
solos pode contribuir para outro grave problema ligado à poluição difusa de
mananciais
de
abastecimento
pelo
transporte
de
poluentes,
através
dos
escoamentos advindos de atividades antrópicas que utilizam os solos no entorno
desses ecossistemas.
Dentre os poluentes que alcançam os ecossistemas aquáticos através dos
escoamentos superficiais durante as enxurradas, destaca-se o nutriente fósforo nas
suas formas orgânicas e inorgânicas. O principal impacto do enriquecimento dos
corpos d’água com fósforo é o aumento do processo de eutrofização desses
ambientes, levando à proliferação excessiva de produtores primários como as
cianobactérias, as quais produzem substâncias tóxicas que deterioram a qualidade
da água, afetam a saúde da população consumidora e aumentam os custos com
tratamento de água (Naselli-Flores et al., 2007).
Nesse contexto, avaliações da qualidade de solos em zonas semiáridas,
bem como de sua potencialidade em disponibilizar poluentes para ecossistemas
aquáticos, são de fundamental importância para o monitoramento adequado na
bacia hidrográfica, visando prevenir e controlar a degradação ambiental através de
programas de recuperação e manejo adequado dessas áreas.
Este trabalho tem como objetivo avaliar a qualidade ambiental de solos sob
diferentes usos na zona ripária do reservatório Dourado, localizado na região
semiárida do estado do Rio Grande do Norte, e determinar o potencial de cada tipo
de uso do solo atuar como fonte difusa de poluentes para o reservatório.
MATERIAL E MÉTODOS
Área de estudo
O reservatório Dourado (06°14’48” S; 36°30’30” W) e stá situado no
município de Currais Novos na região semiárida do Rio Grande do Norte. Da zona
ripária desse reservatório foram estudadas seis áreas diferenciadas pelo uso do
solo, sendo duas áreas sob mata nativa (MT1 e MT2), selecionadas como áreas de
referência para a qualidade natural do solo, por se admitir ausência ou baixa
67
interferência antrópica; duas áreas sob cultivo agrícola de capim-elefante (CP1 e
CP2); uma área sob influência da pecuária (PEC) e uma área de horta (HOR),
plantada com hortaliças e vegetais (Fig. 17).
A região possui um clima descrito pela classificação de Köppen (1928)
como do tipo BSw’h’ (Estepe), caracterizado por um regime de escassez e desigual
distribuição de chuvas, com média pluviométrica de 470 mm/ano e período chuvoso
compreendido entre os meses de fevereiro e junho. A insolação média da região é
de 3000 horas de luz solar por ano, aliada a temperaturas médias sempre superiores
a 22° C e umidade relativa média anual próxima dos 64 % (IDEMA, 2012).
A formação vegetal da área é composta pela caatinga hiperxerófila, com
abundância de cactáceas e plantas de porte baixo e espalhadas, além da caatinga
subdesértica do Seridó, com arbustos e árvores baixas, ralas e de xerofitismo mais
acentuado. As principais espécies presentes nesse tipo de vegetação são: pereiro,
faveleiro, facheiro, macambira, mandacaru, xique-xique e jurema-preta (IDEMA,
2012).
Os solos predominantes na região são os neossolos litólicos, que possuem
elevada fertilidade natural, textura arenosa, de relevo plano a levemente ondulado,
com baixa profundidade e susceptíveis à erosão natural (IDEMA, 2012). Essa classe
de solo possui contato lítico dentro de 50 cm e estão normalmente associados aos
afloramentos de rochas, com sequência de horizontes A-C-R, A-R, estando ausente
o horizonte B diagnóstico, conforme definido pelo Sistema Brasileiro de
Classificação dos solos (EMBRAPA, 2006). As características morfológicas se
restringem praticamente às do horizonte A, o qual varia em média de 15 a 40 cm de
espessura, sendo que a cor, textura, estrutura e consistência, dependem do tipo de
material que deu origem ao solo (Silva e Silva, 1997).
O relevo da região é composto pela depressão sertaneja, terrenos baixos
situados entre as partes altas do Planalto da Borborema e da Chapada do Apodi,
possuindo elevações em torno de 300 a 400 metros de altitude na região de Currais
Novos. Os terrenos que compõem a bacia hidrográfica do reservatório Dourado são
predominantemente de formação cristalina pré-cambriana, com pouca ou nenhuma
formação de aquíferos (IDEMA, 2012).
68
Figura 17: Mapa de localização de seis ambientes sob diferentes usos do solo na zona
ripária do reservatório Dourado, Currais Novos/RN. (Fonte: Projeto MEVEMUC).
Amostragem e atributos físicos e químicos analisados
Para cada ponto amostral dos seis diferentes tipos de uso do solo, foram
coletadas 3 amostras compostas deformadas, formadas por 10 amostras simples
cada, coletadas no mês de julho de 2011, nas profundidades de 0-20 cm e 20-40 cm
(EMBRAPA, 1999). Após a coleta, as amostras deformadas foram acondicionadas
em sacos plásticos devidamente etiquetados, lacrados e armazenados em
temperatura ambiente até a chegada ao laboratório. Posteriormente, as amostras
69
foram secas ao ar, homogeneizadas e passadas em peneira de 2 mm de abertura
de malha para obtenção da terra fina seca ao ar (TFSA), na qual procederam-se às
análises químicas e físicas do solo (EMBRAPA, 1999).
As amostras indeformadas de solo foram coletadas na camada de
profundidade 0-20 cm com amostrador tipo Uhland, utilizando-se anéis de 6,9 cm de
diâmetro por 2,2 cm de altura, num total de três amostras por ponto amostral
(EMBRAPA, 1999). A amostragem da camada de 20-40 cm de solo não foi realizada
em decorrência do caráter pedregoso do solo, inviabilizando o uso do amostrador
tipo Uhland.
Os atributos físicos analisados foram: granulometria, pelo método da pipeta
e Diagrama Triangular simplificado; densidade do solo, pelo método do anel
volumétrico; e densidade de partícula pelo método do balão volumétrico (EMBRAPA,
1997). A porosidade total do solo (Pt) foi estimada pela equação: Pt = 1 - (densidade
do solo/densidade de partículas do solo) (EMBRAPA, 1997).
Os atributos químicos analisados foram: pH em água (1:2,5); K+ e Na+
trocáveis por fotometria de emissão de chama, após extração com extrator Mehlich1; Ca2+ e Mg2+ trocáveis por titulação com emprego de EDTA, após extração com
KCl 1 mol.l-1; H+ + Al3+ por titulação, após extração com solução de acetato de cálcio
0,5 mol.l-1; fósforo disponível por colorimetria, após extração com extrator Mehlich-1
(EMBRAPA, 1999). O carbono orgânico foi determinado pelo método de WalkleyBlack modificado (Silva et al., 1999). A matéria orgânica foi estimada pelo produto do
valor do carbono orgânico por 1,724 (EMBRAPA, 1999).
A partir dos resultados obtidos do complexo sortivo, foram calculados os
valores da soma de bases (SB) pela soma de todas as bases trocáveis no complexo
sortivo, com exceção do H+ + Al3+, capacidade de troca de cátions potencial (CTC)
estimada pela soma dos teores de Ca2+, Mg2+, K+, Na+, uma vez que não foram
detectados teores de H+ + Al3+ em nenhum ambiente; a saturação por bases (V) foi
obtida pela equação 6, e a saturação por sódio (PST) foi calculada pela equação 7
(EMBRAPA, 1999):
V = (SB / CTC) x 100 %
(equação 6)
PST = Na+ / CTC x 100 %
(equação 7)
70
Análises estatísticas
A análise estatística dos dados de atributos químicos do solo foi conduzida
em arranjo fatorial 6x2 (6 ambientes e 2 profundidades) com 3 repetições,
totalizando 36 unidades amostrais. Os resultados experimentais foram analisados
com a aplicação do teste F à análise de variância e por meio de teste Tukey
(P<0,05) para comparação das médias dos diferentes tratamentos utilizando-se o
software Statistical Analyses System – SAS (SAS, 1999).
Foi realizada uma Análise de Componentes Principais (ACP) com dados de
pH, Na+, Ca2+, Mg2+, K+, SB, CTC, PST, V, M.O. e P, utilizando o programa PCORD® v.6 (McCune e Mefford, 2011) para determinar a influência dos diferentes
usos intensivos do solo na modificação da condição natural do solo e a
potencialidade de cada tipo de uso em disponibilizar poluentes para o reservatório
Dourado.
Cálculo da perda de solo por erosão
As perdas de solo por erosão global em cada ambiente foram determinadas
a partir da equação universal de perdas de solo (EUPS), descrita por Wischmeier e
Smith (1978), como:
A = R.K.L.S.C.P
Onde: A = perda de solo por unidade de área (t.ha-1ano-1);
R = erosividade da chuva (MJ.mm.ha-1 h-1ano-1);
K = erodibilidade do solo (t.ha-1. MJ mm ha-1 h-1);
LS = fator para o efeito combinado do declive e do comprimento da rampa
(adimensional)
C = fator cobertura e manejo do solo (adimensional)
P = fator práticas conservacionistas (adimensional)
O fator R da equação universal de perdas de solo, ou seja, a erosividade da
chuva em cada ambiente foi calculada com base no somatório do índice de erosão
média mensal (EIm) (equação 8).
71
12
R=
∑
EIm
i=1
(equação 8)
Para cada ambiente e para cada mês, o índice de erosão média mensal
(EIm) pode ser calculado através da equação 9, proposta por Lombardi Neto e
Moldenhauer (1992):
EIm = 68,730.(p2/P)0,841
(equação 9)
Onde: EIm = Erosividade média mensal do mês i em MJ mm h-1 ha-1
p = precipitação média mensal (mm) de uma série histórica acima de 20
anos;
P = precipitação média anual (mm) de uma série histórica acima de 20 anos
Os dados de precipitação média mensal e anual foram obtidos para uma
série histórica de cem anos, fornecidos pela Secretaria de Infra-estrutura da cidade
de Currais Novos.
Para a classe de solo Neossolos Litólicos presente na região de estudo, a
erodibilidade do solo (K) foi estimada em 0,036 (t.ha-1. MJ mm ha-1 h-1), conforme o
nomograma de Wischmeier e Smith (1978).
O fator LS foi obtido a partir da equação 10 proposta por Bertoni e Lombardi
Neto (1990):
LS = 0,00984 . L0,63 . S1,18
(equação 10)
Onde: L = Distância ao longo da qual se processa o escoamento superficial em cada
ambiente;
S = Declividade do terreno em cada ambiente (%)
Utilizou-se o software Google Earth para avaliação da altimetria e do
comprimento ao longo do qual se processa o escoamento superficial em cada
ambiente, a partir dessa análise inicial realizou-se o cálculo da declividade em
porcentagem para cada ambiente através da equação 11:
72
D (%) = (CM - Cm) / L x 100
(equação 11)
Onde: D (%) = Declividade em porcentagem da área
CM = Cota de maior altimetria (m)
Cm = Cota de menor altimetria (m)
L = Comprimento ao longo do qual se processa o escoamento superficial
(m)
Para o fator cobertura e manejo do solo (C) foram adotados os valores de
0,13 para a caatinga (MT1 e MT2); 0,06 para agricultura (CP1 e CP2); 0,5 para horta
(HOR) e 1,0 para o solo descoberto (PEC) de acordo com Wischmeier e Smith
(1978).
Quanto ao fator práticas conservacionistas (P), foi adotado o valor 1,0 para
os ambientes PEC, CP1, CP2 e HOR, admitindo-se ausência de práticas
conservacionistas, enquanto para os ambientes MT1 e MT2 o valor de P adotado foi
de 0,2, admitido para solos em condição natural (Wischmeier e Smith, 1978).
Cálculo das perdas de fósforo do solo
O cálculo da perda de fósforo do solo através da erosão hídrica em cada
ambiente foi realizado com base na concentração de fósforo disponível da camada
de solo susceptível à erosão (0 – 20 cm). Para conversão da concentração de
fósforo disponível obtida analiticamente em mgP.dm-³ para mgP.kg-1, utilizou-se o
valor de densidade do solo obtido para cada ambiente. Com a quantidade de solo
perdida em t.ha-1ano-1, obtida a partir da equação universal de perdas de solo
(EUPS), foi possível estimar a quantidade de fósforo exportada de cada ambiente
em kgP.ha-1ano-1.
73
RESULTADOS
Qualidade ambiental do solo na zona ripária do reservatório Dourado
Os
solos
da
zona
ripária
do
reservatório
Dourado
apresentaram
predominância da fração granulométrica areia com teores de até 901 g.Kg-1 de solo,
enquanto a fração argila não ultrapassou 157 g.Kg-1 (tabela 7), caracterizando a
textura arenosa desses solos, com classe textural variando de areia a francoarenosa.
Tabela 7: Atributos físicos do solo na camada de profundidade 0-20 em ambientes sob
diferentes usos do solo na zona ripária do reservatório Dourado, Currais Novos/RN.
Ambiente
MT1
MT2
CP1
CP2
HOR
PEC
Ds
-3
g.cm
1,84
1,49
1,64
1,64
2,06
2,22
Dp
-3
g.cm
2,55
2,91
2,54
2,76
2,59
2,56
Pt
%
27
48
35
40
20
13
Areia
770
743
761
870
804
832
Silte
-1
g.kg
126
101
135
47
95
102
Argila
Classe Textural
107
157
107
82
102
69
Franco arenosa
Franco arenosa
Areia franca
Areia
Areia franca
Areia franca
Ds = Densidade do solo; Dp = Densidade de partículas; Pt = Porosidade total
Os solos dos ambientes sob mata nativa (MT1 e MT2) e sob cultivo de capim
elefante (CP1 e CP2) apresentaram valores de densidade do solo esperados para
solos de textura arenosa, enquanto, nos ambientes PEC e HOR foram observados
valores elevados de densidade do solo mesmo considerando a textura arenosa
desses solos (tabela 7). Elevados valores de densidade do solo foram
acompanhados por baixos valores de porosidade total do solo nos ambientes PEC e
HOR, sugerindo uma tendência de compactação do solo por essas atividades
(tabela 7).
Os solos dos seis ambientes estudados apresentaram valores de densidade
de partículas típicos dos solos de textura arenosa com o máximo de 2,91 g.cm-3 de
solo (tabela 7). Esses valores de densidade de partícula refletem ainda a
mineralogia dos Neossolos Litólicos, nos quais predominam partículas de minerais
primários provenientes do intemperismo físico das rochas em seu estádio inicial de
evolução.
O efeito dos fatores ambiente e profundidade nos atributos químicos dos
solos estudados foram tratados isoladamente (tabelas 8 e 9), uma vez que a
interação entre esses fatores não foi significativa (P>0,05).
74
Os atributos químicos avaliados sofreram influência dos diferentes usos do
solo nos ambientes selecionados para o estudo, sendo significativas as variações
observadas ao comparar o uso agrícola, horticultura, pecuária e mata nativa (tabela
8). As duas áreas sob mata nativa, selecionadas como referência de qualidade
ambiental para os solos da região, não apresentaram diferenças significativas entre
seus atributos químicos, excetuando-se o pH, maior para o ambiente MT2 (tabela 8).
Tabela 8: Atributos químicos do solo em ambientes sob diferentes tipos de uso do solo na
zona ripária do reservatório Dourado, Currais Novos/RN
Ambiente
pH
Na+
Ca2+
Mg2+
K+
SB
CTC
PST
-3
unid.
cmolc.dm
V
M.O.
-1
%
P
g.kg
mg.dm-3
MT1
6.88 C
0,03 B
4.56 AB
5.38 AB
0,13 B
10.12 AB
13.65 AB
0,25 B
74.67 B
37,46 B
2.02 B
MT2
7.72 B
0,02 B
3.21 B
4.61 B
0,01 B
7.87 B
10.16 B
0,25 B
77.51 B
34,11 BC
7.05 B
CP1
7.42 BC
0,03 B
3.14 B
4.76 B
0,01 B
7.96 B
10.39 B
0,34 B
76.33 B
35,58 BC
1.25 B
CP2
9.77 A
0,65 A
0.84 C
2.03 C
0,07 B
3.60 C
5.23 C
12,32 A
68.45 C
32,22 C
2.54 B
HOR
7.15 BC
0,06 B
3.65 AB
4.88 B
0,04 B
8.63 B
11.20 AB
0,58 B
76.90 B
34,36 BC
10.27 B
PEC
7.56 BC
0,06 B
5.00 A
7.57 A
0,51 A
13.14 A
15.44 A
0,41 B
84.70 A
44,22 A
58.29 A
Ambientes: CP1 = Capim-elefante 1; CP2 = Capim-elefante 2; MT1= Mata nativa 1; MT2 = Mata nativa 2; HOR =
Horta; PEC = Pecuária; Variáveis: SB = soma de bases; CTC = Capacidade de troca de cátions potencial; PST=
Saturação por sódio; V=Saturaçãopor bases; M.O.= Matéria orgânica. Médias seguidas pela mesma letra na
coluna, não diferem entre si pelo teste de Tukey a 5 %.
Os solos dos ambientes estudados apresentaram valores médios de pH
típicos dos solos salinos, condição de reação do solo comum a região semiárida.
Menor valor de pH foi encontrado no ambiente sob mata nativa (MT1) e o maior pH
ocorreu no ambiente submetido ao manejo agrícola no cultivo do capim elefante
(CP2) (tabela 8). Além do maior pH, o ambiente CP2 apresentou maiores teores de
Na+ trocável e consequentemente maior PST (tabela 8), indicando aumento da
saturação do complexo de troca desse solo por Na+ trocável, diferente dos demais
que não diferiram dos solos sob mata nativa, referência de qualidade dessa região.
Vale salientar, que a PST dos solos nos seis ambientes estudados foi menor que
15%, resultado que caracteriza o solo dessa região como não sódico.
Os solos da zona ripária do reservatório apresentaram altos teores de Ca2+
trocável, Mg
2+
trocável, e MO, considerados bons para produção agrícola, como é
esperado para os Neossolos da região semiárida que apresentam alta fertilidade
natural. De modo semelhante, os atributos químicos SB, CTC e V apresentaram
valores elevados em todos os ambientes, o que está relacionado ao caráter salino
75
desses solos. A saturação por bases (V) do solo nos seis ambientes estudados
apresentou valores superiores a 50%, caracterizando-os como eutróficos.
Tabela 9: Atributos químicos do solo nas profundidades de amostragem 0-20 cm e 20-40 cm
em ambientes sob diferentes tipos de uso do solo na zona ripária do reservatório Dourado,
Currais Novos/RN
Profundidade
pH
Na+
Ca2+
Mg2+
K+
SB
CTC
PST
-3
unid.
cmolc.dm
V
M.O.
P
-1
%
g.Kg
mg.dm-3
0 - 20 cm
7.95 A
0,11 B
3.73 A
4.91 A
0.14 A
8.90 A
11.60 A
2,09 A
77.80 A
37,70 A
14.63 A
20 - 40 cm
7.55 B
0,17 A
3.07 B
4.84 A
0.12 A
8.21 A
10.42 A
2,62 A
75.04 B
35,05 B
12.50 A
0 – 20 cm = Profundidade do solo na camada 0 – 20 cm; 20 – 40 cm = Profundidade do solo na profundidade 20 – 40 cm.
Variáveis: SB = soma de bases; CTC = Capacidade de troca de cátions potencial; PST= Saturação por sódio;
V=Saturação por bases; M.O.= Matéria orgânica. Médias seguidas pela mesma letra na coluna, não diferem entre si pelo
teste de Tukey a 5 %.
Levando em consideração as variações nos atributos químicos dos solos
entre os ambientes, os solos do ambiente sob cultivo de capim elefante (CP2),
apresentaram reduções significativas nos teores de Ca2+ trocável, Mg
2+
trocável,
SB, CTC, V e MO quando comparados aos solos sob mata nativa (MT1 e MT2),
indicando influência do manejo agrícola empregado nessa área, alterando a
qualidade ambiental desses solos. A pecuária também ocasionou alterações na
qualidade ambiental do solo quando comparado aos solos sob mata nativa, porém
ao contrário do CP2, foram observados aumentos significativos nos teores de Ca2+
trocável, Mg2+ trocável, K+ trocável, SB, CTC, V, MO e P disponível quando
comparados aos solos do ambiente MT2. Ao contrário, dos ambientes PEC e CP2,
os solos dos ambientes CP1 e HOR não apresentaram diferenças significativas
entre seus atributos e os atributos químicos das áreas sob mata nativa, indicando
que esses manejos não estão alterando a qualidade natural desses solos.
Ao considerar o efeito isolado do fator profundidade, os atributos químicos
pH, Ca2+ trocável, V e MO apresentaram valores médios maiores na camada
superficial de 0-20cm, enquanto Na+ acumulou-se preferencialmente na camada
subsuperficial de 20-40cm (tabela 9). Para os demais atributos químicos (tabela 9),
não foram verificadas diferenças significativas entre as duas profundidades
avaliadas.
A análise de componentes principais utilizando 9 atributos químicos do solo
explicou 83 % da variabilidade dos dados nos primeiros dois eixos (eixo 1 = 56,7 %;
eixo 2 = 26,3 %). Os atributos mais importantes na ordenação do eixo 1 foram CTC
(-0,96), Mg2+ trocável (-0,96), V (-0,85), Matéria orgânica (-0,82), Ca2+ trocável (-
76
0,82), pH (0,79) e Na+ trocável (0,67), Em relação ao eixo 2, os atributos mais
importantes em sua ordenação foram K+ trocável (0,80) e P disponível (0,64). Os
resultados da ACP indicaram que a primeira e a segunda componente principal
refletiram, respectivamente, o gradiente de salinização e o gradiente de eutrofização
do reservatório por fontes difusas. No lado positivo do eixo 1, as unidades amostrais
CP2 foram relacionadas a altos valores de Na+ trocável e pH, enquanto que no lado
negativo, a unidade amostral HOR I (0-20 cm) foi ordenada com altos valores de
MO, CTC, V, Ca2+ trocável e Mg2+ trocável. No lado positivo do eixo 2, as unidades
amostrais do ambiente pecuária (PEC) foram ordenadas com altos valores de K+
trocável e P disponível, enquanto que no lado negativo, as unidades amostrais
(MT1, MT2, HOR II e CP1) foram relacionadas a baixos valores desses atributos.
Assim, o plano definido pelas duas primeiras componentes descreve o potencial de
salinização e o potencial de eutrofização do reservatório Dourado por fontes difusas
advindas de diferentes tipos de uso e manejo do solo no entorno do reservatório. A
ACP ainda revelou uma tendência ao comportamento homogêneo entre as estações
de amostragem em relação à profundidade e aos atributos químicos analisados
(figura 18).
77
sistemas
Axis 2
Gradiente de eutrofização do reservatório por fontes difusas
26,3 %
PEC II
CP2 I
PEC I
Mata nativa
Capim 1
Capim 2
Horta
Pecuária
CP2 II
K
P
Na
pH
MO
CTC V
HOR I
Axis 1
Ca
Mg
HOR II
56,3 %
MT1 I
MT2 I
CP1 II
CP1 I
MT2 II
MT1 II
Gradiente de salinização do reservatório por fontes difusas
Figura 18: Análise de Componentes Principais (ACP) de atributos químicos do solo em
diferentes ambientes da zona ripária do reservatório Dourado. Unidades amostrais:
Ambiente amostrado (MT1 e MT2 = Mata nativa 1 e 2; CP1 = Capim 1; CP2 = Capim 2;
HOR = Horta; PEC = Pecuária); Profundidade de coleta ( I = 0-20 cm; II = 20-40 cm); MO =
Matéria orgânica; Ca2+ = Cálcio; Mg2+ = Magnésio; pH= potencial hidrogeniônico; P = Fósforo
disponível; Na+ = Sódio; K+ = Potássio; CTC = Capacidade de troca catiônica; V = Saturação
por bases.
Perda de solo e de fósforo por erosão
As perdas de solo e fósforo foram maiores no ambiente PEC, influenciadas
principalmente pelos altos teores de P disponível no solo desse ambiente, além dos
elevados valores de densidade do solo e baixos valores de porosidade total do solo
que, aliado a pouca ou nenhuma cobertura do solo nesse ambiente, favorece uma
maior retirada de solo e de P disponível nas camadas superficiais pela erosão
hídrica. O ambiente HOR apresentou perdas de solo semelhante às do ambiente
PEC, porém as perdas de P por erosão daquele ambiente foram relativamente
78
menores, influenciadas pela baixa concentração de P no solo em relação ao solo da
PEC. Para os ambientes MT1, MT2, CP1, CP2 as perdas de solo e P por erosão
foram semelhantes, apresentando menores valores em relação aos demais
ambientes (tabela 10).
Tabela 10: Estimativas de perdas de solo (t.ha-1ano-1) e de fósforo disponível (kg.ha-1.ano-1)
do solo em ambientes diferenciados quanto ao uso na zona ripária do reservatório Dourado,
Currais Novos/RN.
Ambiente
MT1
MT2
CP1
CP2
HOR
PEC
Perda de solo (t.ha-1ano-1)
1,64
4,41
5,48
4,86
105,64
113,45
Perda de P (kg.ha-1.ano-1)
0,001
0,020
0,004
0,007
0,520
2,970
Ambientes: MT1= Mata nativa 1; MT2 = Mata nativa 2; CP1 = Capim-elefante 1; CP2 = Capim-elefante 2; HOR =
Horta; PEC = Pecuária.
DISCUSSÃO
Os diferentes usos do solo da zona ripária do reservatório Dourado,
principalmente, para cultivo agrícola e pecuária causaram alterações nos atributos
químicos do solo que sugerem redução de sua qualidade ambiental e,
consequentemente, aumento de seu potencial em comprometer a qualidade da água
do reservatório. Reduções na qualidade ambiental do solo resultam da quebra de
equilíbrio entre atributos químicos, físicos e biológicos, e pode ser atribuída a um
manejo inadequado do solo sob usos diferentes (Falleiro et al., 2003; Lourente et
al., 2011). A alteração de um desses atributos pode causar uma reação em cadeia
modificando o funcionamento de todo o sistema solo, como por exemplo, a perda da
função deste como filtro e dreno, ampliando sua função como fonte de nutrientes e
contaminantes para os demais componentes da bacia hidrográfica, como os corpos
d’água superficiais (Heathwaite et al., 2005).
Os solos nas áreas sob mata nativa diferiram apenas no valor de pH, maior
para a MT2, ambos apresentando, porém, reação alcalina. Comparados os solos
dos ambientes MT1 e MT2, a ausência de diferenças significativas entre os demais
atributos químicos avaliados está ligada à ausência ou baixa interferência antrópica,
e reforça a ideia de que o manejo dado aos demais solos sob uso agrícola e
79
pecuária é inadequado e concorre para a degradação da qualidade ambiental do
solo da região. Percebe-se assim a importância de se preservar áreas de
ecossistema ripário que constitui uma interface entre o ambiente terrestre e o
aquático nas bacias hidrográficas (Coelho et al., 2011). Essas áreas sob condições
naturais de solo e vegetação no entorno de lagos e reservatórios de água, uma vez
apresentando alta resiliência, protegem os mananciais da degradação (Norris,
1993).
Além de não apresentarem variações em seus atributos químicos, os solos
das áreas sob mata nativa apresentaram valores intermediários para a maioria
desses atributos quando comparadas ao cultivo agrícola de capim elefante (CP2) e
pecuária (PEC) que apresentaram os menores e maiores valores para tais atributos,
respectivamente. Esse resultado reforça a ideia de se adotar áreas locais sob
condições de ecossistemas naturais como referência de qualidade ambiental do solo
(Islam e Weil, 2000), e é de fundamental importância para subsidiar a implantação
de programas de recuperação e monitoramento de áreas degradadas. Levando em
consideração que os solos sob mata nativa apresentaram valores intermediários
para a maioria dos atributos químicos avaliados, é possível perceber que o manejo
adotado no cultivo agrícola de capim elefante concorre para o empobrecimento do
solo pela redução significativa nos teores de bases trocáveis, CTC, V e MO,
enquanto a pecuária contribui para um enriquecimento excessivo da fertilidade
natural do solo, a saber, aumento dos teores de bases trocáveis, principalmente, K+
trocável; P dissolvido e teor de MO, o que amplia o potencial do solo funcionar como
fonte difusa de contaminação para os corpos d’água (Hooda et al., 2000). O
empobrecimento do solo sob cultivo agrícola pode ser justificado pela constante
exportação de bases e nutrientes pelas plantas e sua baixa restituição advinda de
um manejo inadequado da adubação no local (Peron e Evangelista, 2003).
No
ambiente usado para horticultura (HOR), nenhuma alteração foi verificada nos
atributos químicos comparados ao solo sob mata nativa. Esse resultado indica que o
manejo empregado ao solo desse ambiente não altera sua qualidade química,
possivelmente devido à baixa mobilização do solo nesse uso. Na produção de
hortaliças, na qual há exploração de pequeno volume de solos pelas raízes, a
incorporação de adubo e corretivos ocorre em pequena espessura de solo, de no
80
máximo 10 cm, e nesse estudo foi analisada a camada de até 40 cm, o que pode ter
impedido a detecção de alterações significativas.
De maneira geral, o manejo agrícola quando adequado concorre para
aumentos consideráveis dos teores de MO do solo e de seu potencial produtivo, sem
significar necessariamente perdas de qualidade (Roose e Barthés, 2001). Dessa
forma, não é regra que o cultivo agrícola degrada a qualidade do solo, porém, o
manejo empregado, muitas vezes, de modo inadequado, influencia negativamente
esse resultado (Zhang et al., 2012).
Na região semiárida, por se tratarem de pequenas propriedades, que muitas
vezes visam apenas a subsistência própria ou o comércio local, não é dada a devida
atenção ao manejo adequado. Um exemplo desse fato é que, mesmo nos solos sob
cultivo agrícola CP1 e CP2, não foram observadas correções do pH. O emprego
inadequado de técnicas de manejo parece ser mais evidente para a área CP2, na
qual verificou-se, aliado ao maior pH, maiores teores de Na+ trocável, e PST de
aproximadamente 12% mostrando uma tendência à sodicidade do solo, embora este
seja ainda caracterizado como não sódico (PST<15%) . Os incrementos observados
nos atributos químicos pH, Na+ trocável e PST provavelmente estão associados ao
manejo inadequado da irrigação, através da utilização de água de má qualidade, que
apresenta alta condutividade elétrica e é responsável por adicionar sais e sódio ao
solo, concorrendo para a manutenção e ampliação do processo de sodicidade e
salinização não só do solo, como também de corpos d’água que recebem águas
escoadas através dessas áreas (Smedema e Shiati, 2002; Feng et al., 2005).
Outro aspecto a ser mencionado é que, ao defender a utilização de solos de
ecossistemas naturais como referência de qualidade ambiental do solo local, não
significa que essa condição de qualidade deixaria o solo apto a qualquer tipo de uso.
Os resultados encontrados nesse estudo evidenciam a importância do uso do solo
respeitar sua aptidão natural. Os solos sob mata nativa MT1 e MT2, que
representam a condição natural dos solos da região semiárida, são solos jovens,
rasos, salinos, arenosos e de baixa capacidade de adsorção por serem formados
predominantemente por minerais primários, de onde advém sua alta fertilidade
natural. A alta fertilidade natural desses solos, não implica em alta produtividade,
uma vez que a fertilidade é um dos fatores de produtividade e que a liberação dos
íons nutrientes está muitas vezes condicionada à ocorrência do intemperismo
81
químico desses minerais, sendo, portanto uma fertilidade potencial. Tanto nas áreas
MT1 e MT2 como nos demais ambientes, os solos apresentaram seu complexo de
troca saturado por bases de onde deriva o pH alcalino e sua condição de eutrofismo
(V>50%). O caráter alcalino desses solos sugere uma série de dificuldades ao
crescimento e desenvolvimento da vegetação, que podem ser ampliadas no caso da
substituição da mata nativa por atividades agropecuárias sem o devido manejo,
contribuindo para a formação de manchas de solos degradados e desnudos que
apresentam elevada susceptibilidade à erosão e são fonte potencial de poluição
difusa de mananciais de abastecimento como o reservatório Dourado (Gabet et al.,
2005).
Numa bacia hidrográfica reconhece-se o potencial do componente solo atuar
como fonte de poluição difusa de corpos d’água superficiais através principalmente
da erosão e carreamento de partículas de solo e solução enriquecida por nutrientes
que favorecem o aumento do processo de eutrofização e o consequente
desequilíbrio ecológico desses ecossistemas. Sistemas inadequados de manejo do
solo favorecem a erosão hídrica, perdas de solo e nutrientes e poluição das águas
superficiais, acelerando a degradação ambiental (Russelle et al, 2007). Esse fato é
ainda
mais
preocupante
ao
considerar
os
solos
da
região
formados
predominantemente pela fração areia, cujo arranjo estrutural de suas partículas
criam macroporos, que permitem fluxo livre de íons nutrientes e coloides orgânicos
em solução. Além da predominância de macroporos, a baixa capacidade de
adsorção desses solos, derivada da baixa quantidade de minerais de argila e óxidos,
corrobora a ideia de fluxo facilitado da solução do solo rica em nutrientes.
Esse cenário pode ainda ser agravado ao se pensar no solo sob uso da
pecuária, responsável pelo enriquecimento com nutrientes, principalmente o fósforo
disponível, K+ trocável, e MO derivados da decomposição dos excretas animais
(Hiernaux et al., 1999; Souto, 2006; Rodrigues et al., 2008). De acordo com Rotz et
al., 2005, na área sob pecuária, a presença de animais em sistema de integração
lavoura-pastagem resulta em aumento nos teores de K+ trocável do solo, devido à
influência dos mesmos na redistribuição de nutrientes pelo consumo, via
desfolhação da pastagem, e pelo seu retorno para o solo, via excreção. Do total do
K retornado pelos animais (até 90 % do ingerido) para o solo, a maioria (70–90 %) é
excretada na urina, na forma iônica. Quanto ao P, o elevado teor desse nutriente
82
encontrado no ambiente PEC está relacionado na grande maioria às fezes animais,
que podem retornar para o solo até 10,08 g de P diariamente por animal confinado
(Rodrigues et al., 2008). Os excretas influenciam a disponibilidade de nutrientes no
solo por um longo período de tempo (três meses a dois anos), sendo o seu
suprimento dependente da proporção da área da pastagem influenciada pelos
excretas, da taxa de liberação dos nutrientes das excreções e da recuperação dos
nutrientes pelo pasto (Haynes e Willians, 1993; Macedo, 2009; Ferreira et al., 2011).
Considerando as características de baixa retenção e fluxo facilitado, inerentes aos
solos da região e somando a essa característica o aporte constante de nutrientes em
solo sob pecuária, as perdas de P disponível são ainda mais significativas, por tais
condições permitirem o P mover-se mais facilmente através do solo para os
ecossistemas aquáticos (Bennett et al., 2001).
A matéria orgânica é de grande importância em solos tropicais e
subtropicais, exercendo funções de estruturação, melhorando a capacidade de
adsorção e contribuindo para maior atividade biológica do solo. De acordo com
Bayer e Bertol (1999), a M.O. do solo pode ser responsável por grande parte (até 70
%) da CTC de alguns solos, principalmente aqueles que apresentam naturalmente
baixa CTC, devido à formação de cargas negativas, as quais aumentam a
capacidade dos solos reter cátions que poderiam ser lixiviados para camadas mais
profundas do solo. Além da CTC, a M.O. influencia também a SB propiciando
acúmulo de cátions nas camadas superficiais do solo ricas em M.O. De fato, no
presente estudo o aumento do teor de MO do solo sob pecuária foi acompanhado
por maiores teores de bases trocáveis, CTC, V e P disponível, o que pode também
indicar que o enriquecimento desses atributos deriva da decomposição da MO
adicionada via excretas animais (Chang et al., 1991; Braz et al., 2002; Silva et al.,
2010).
Nas áreas sob pecuária é comum o aumento da densidade do solo pela
compactação exercida pelo pisoteio do gado, o que concorre para maiores perdas
de solo por erosão, uma vez que, aumentando a densidade e compactação,
reduzem-se os espaços porosos e a água passa a ser preferencialmente escoada
em superfície. Dessa forma, além da adição de Ca2+ e Mg2+ trocáveis a partir da
decomposição dos excretas animais, os maiores teores de Ca2+ e Mg2+ trocáveis
encontrados para o ambiente PEC podem ser decorrentes também das perdas de
83
solo das camadas superficiais através da erosão hídrica comum em tais ambientes,
expondo a camada subsuperficial, mais rica em Ca2+ e Mg2+ trocáveis pela
proximidade do material de origem (Pavinato et al., 2009). Esse fato foi observado
por Galindo et al. (2008), que constataram a remoção total do horizonte A dos perfis
de algumas áreas severamente degradadas na região semiárida do estado de
Pernambuco.
A predominância da matéria orgânica na camada superficial do solo nos
ambientes estudados pode indicar o baixo revolvimento desses solos e justificar os
maiores valores de pH, e acúmulo de Ca2+ trocável e V encontrados nessa camada.
Apesar de se esperar um aumento do teor de MO no solo sob horticultura
(HOT) (Albiach et al., 2001), a MO manteve-se sem alteração quando comparado ao
solo sob mata nativa (MT1 e MT2), o que pode ser justificado pela baixa adição de
matéria orgânica no manejo empregado no local e pela adição ocorrer muito
superficialmente sendo diluída para a profundidade de amostragem do solo que foi
de até 40 cm (Shepherd et al.,2002).
Os resultados obtidos na análise de componentes principais (ACP)
mostraram que os ambientes com uso intensivo do solo modificam os atributos
químicos do solo sob condição natural em maior ou menor escala de acordo com o
tipo de uso. O solo sob uso da pecuária (PEC) foi associado a altos valores dos
atributos K+ trocável e P disponíveis, provavelmente devido ao intenso aporte de
excretas animais ricos nesses elementos, evidenciando que este tipo de uso pode
estar mais propício a ser uma fonte potencial de nutrientes para o reservatório
Dourado, favorecendo o aumento do processo de eutrofização. Uma das áreas de
solo plantado com capim-elefante (CP2) mostrou uma forte associação com pH e
Na+ trocável, devido ao manejo inadequado da irrigação com água de baixa
qualidade, sugerindo que este ambiente pode desempenhar um papel significativo
como fonte difusa de sais, contribuindo para o aumento do processo de salinização
do reservatório. A outra área plantada com capim-elefante (CP1) foi o ambiente que
apresentou as características químicas mais semelhantes às dos ambientes com
solo em condição natural (MT1 e MT2), evidenciando que esse tipo de uso do solo
não concorre para a modificação do ambiente natural e não funciona efetivamente
como uma fonte de poluição difusa para o reservatório Dourado.
84
Em relação às perdas de solo por erosão, algumas características dos solos
da região semiárida brasileira, tais como a baixa profundidade e a pouca cobertura
devido a vegetação esparsa e de pequeno porte do bioma caatinga (Oyama e
Nobre, 2004), associadas a eventos chuvosos concentrados em poucos dias do ano,
fazem com que a erosão hídrica ocorra de forma mais intensa nessa região e as
perdas naturais de solo sejam maiores em relação a outras regiões.
Para os ambientes em estudo, a textura arenosa dos solos também é
determinante para elevadas perdas de solo nesses locais, devido aos solos
arenosos serem susceptíveis à desagregação e ao transporte de partículas,
favorecendo a ação da erosão hídrica (Vitte, 2007).
Dentre os ambientes estudados, os solos sob os usos da pecuária (PEC) e
da horticultura (HOR) apresentaram valores elevados de perda de solo. Este
comportamento é reflexo dos elevados valores de densidade do solo e da reduzida
cobertura do solo nesses ambientes, deixando o mesmo exposto, o que contribui
para uma maior retirada de solo por cm³. Na área sob uso da pecuária, a
compactação do solo pelo pisoteio e a retirada da vegetação devido ao consumo
dos animais, favorecem a exposição do solo à ação erosiva da água, influenciando
no aumento das perdas de solo e na capacidade desse ambiente funcionar como
fonte de poluição difusa de ecossistemas aquáticos. Para a horticultura, o tipo de
cultura plantada, normalmente de baixo porte, e a destinação de áreas para culturas
em crescimento e de reduzida folhagem também aumentam a exposição da
superfície de solo e a consequente perda de solo nesse ambiente.
Os solos sob uso CP1 e CP2 apresentaram perdas de solo semelhantes às
dos ambientes naturais MT1 e MT2, indicando que o tipo de manejo do solo
empregado não causa degradação do solo natural em relação a perdas de solo por
erosão hídrica. Algumas características de solos plantados com capim-elefante
diminuem os efeitos da erosão, tais como a alta densidade de caules e folhas por m²
e a presença de raízes fasciculadas que reforçam a estrutura e a agregação das
partículas do solo, fazendo com que este mantenha-se estruturado mesmo
apresentando textura arenosa (Bronick e Lal, 2005). Nos ambientes naturais MT1 e
MT2 a proteção do solo por cobertura vegetal, mesmo de forma esparsa, e a
ausência de atividades antrópicas que não alteram os atributos físicos do solo
85
podem ter sido os fatores determinantes para que o processo erosivo tenha ocorrido
de forma equilibrada e fossem registradas baixas perdas de solo.
As perdas de fósforo nos ambientes em estudo seguiram as tendências das
perdas de solo, com as maiores perdas sendo registradas nos ambientes PEC e
HOR e as menores perdas nos ambientes MT1, MT2, CP1 e CP2. As maiores
perdas de solo registradas para os usos PEC e HOR estão relacionadas diretamente
às maiores perdas de solo por erosão, elevando a quantidade de fósforo perdida por
m², e às elevadas concentrações de P disponível depositadas pelos excretas
animais, no caso do ambiente PEC. As perdas de fósforo são ainda mais
preocupantes ao considerar os solos da região formados predominantemente pela
fração areia e com baixa concentração de minerais de argila e óxidos de Fe, Al e
Mn, reduzindo a formação de complexos de fósforo com ferro e alumínio e a
capacidade de sorção de P no solo (Fontes, 2002). Esse processo faz com que o
fluxo de fósforo na solução do solo seja facilitado e a quantidade de fósforo
transportado pelas enxurradas para os ambientes aquáticos adjacentes seja
elevada.
Ekholm e Lehtoranta (2012) mostram a influência da erosão e da
composição química do solo no processo de eutrofização dos corpos d’água
superficiais. Segundo esses autores, os solos com baixos teores de ferro,
característicos da região semiárida, contribuem para uma maior entrada de P
dissolvido e um aumento no processo de eutrofização dos ecossistemas aquáticos
dessas regiões. O fósforo exportado dos solos da zona ripária para esses
ecosssitemas se torna prontamente biodisponível e desencadeia a produção de
algas, aumentando o fluxo autóctone de carbono orgânico para a superfície do
sedimento. Com o aumento do estoque de carbono no sedimento ocorre o aumento
na redução de sulfato, fazendo com que uma maior parcela do ferro do sedimento
seja transformada para sulfetos e ocorra uma liberação maciça de ferro ligado ao
fósforo armazenado nos sedimentos. Com a liberação de ferro do sedimento o
fósforo é exportado em elevadas concentrações para a coluna d’água, fazendo com
que o ecosssitema tenha um aumento progressivo no processo de eutrofização.
No que se percebe, as atividades com uso intensivo do solo na zona ripária
do reservatório Dourado que tendem a elevar a exportação de fósforo do solo,
notadamente as áreas sob uso da pecuária, podem contribuir em demasia com a
86
deterioração da qualidade da água do manancial não só pela disponibilidade de
poluentes alóctones como também pela modificação do metabolismo interno do
ecosssitema.
Em escalas globais e regionais, as causas e conseqüências da poluição
difusa têm sido alvo de muitas discussões e vários avanços têm sido alcançados no
entendimento desse processo. Embora a ciência por si só, sem considerar os
aspectos sociais e econômicos, não possa resolver o problema, a compreensão
científica necessária está bem desenvolvida e poderia ser facilmente mobilizada na
busca de soluções. Considerando os resultados desse trabalho, caso as práticas
atuais adotadas como manejo do solo no entorno do reservatório continuem, é certo
haver aumento de cargas difusas de poluição para águas superficiais a partir do
solo. No entanto, tais resltados não são inevitáveis, visto que grande número de
tecnologias e práticas de manejo conservacionista do solo são capazes de diminuir
fluxo de nutrientes para corpos d’água superficiais.
CONCLUSÕES
- O uso do solo da zona ripária do reservatório Dourado para pecuária e cultivo
agrícola provoca redução da qualidade ambiental do solo e consequente aumento
de seu potencial em comprometer a qualidade da água do reservatório;
- Áreas com uso do solo sob influência da pecuária são potenciais fontes difusas de
fósforo para o reservatório Dourado, podendo contribuir em grande escala para a
elevação do processo de eutrofização do manancial.
- São necessárias medidas de cunho preventivo e corretivo buscando a manutenção
de um adequado equilíbrio ecológico nas áreas sob uso do solo no entorno do
reservatório Dourado visando o controle e mitigação do processo de degradação da
qualidade da água desse importante manancial de abastecimento.
87
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5- CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados deste trabalho indicaram que a qualidade da água do
reservatório tropical Dourado é direcionada pela poluição difusa oriunda da bacia de
drenagem e pelo regime hidrológico peculiar da região semiárida, onde o período
chuvoso é caracterizado pelo elevado aporte de compostos alóctones provenientes
dos rios tributários e da erosão do solo na zona ripária do reservatório, e o período
seco caracterizado pela redução do volume armazenado devido à intensa
evaporação, alto tempo de residência da água e consequente aumento do processo
de eutrofização.
Zonas semiáridas se caracterizam pela deficiência e/ou irregularidade de
chuvas, onde as altas taxas de evapotranspiração normalmente superam as
precipitações concentradas em 3 a 4 meses do ano, provocando a perda de grande
parte da água superficial e um alto coeficiente de variação do fluxo anual dos rios.
Esses fatores, combinados com a falta de rios perenes e lagos naturais, provoca a
intermitência de quase toda a rede hidrográfica, se constituindo em um severo
problema para a captação e o armazenamento desse recurso essencial (Silva,
2007).
Associados à reduzida disponibilidade de água durante a maior parte do
ano, os mananciais localizados na região semiárida brasileira estão sujeitos à
degradação da qualidade da água devido ao aumento do processo de eutrofização.
As condições ambientais naturais da região como a alta evaporação, que tende a
concentrar os nutrientes na água, o longo período de residência da água e
características pedológicas, geológicas e geomorfológicas que facilitam a lixiviação e
o carreamento de nutrientes para os reservatórios favorecem o aumento do
processo de eutrofização e a degradação da qualidade da água armazenada
(Freitas et al., 2011).
Durante o período chuvoso, a poluição difusa do reservatório Dourado por
compostos alóctones foi caracterizada por elevadas cargas de nutrientes advindos
da bacia de drenagem e de atividades que fazem uso do solo sem o manejo
adequado na zona ripária do reservatório. Alguns fatores típicos da região semiárida,
como a presença de solos rasos e arenosos com cobertura vegetal esparsa e de
pequeno porte (Oyama e Nobre, 2004), associados a eventos chuvosos
93
concentrados em poucos dias do ano, fazem com que os solos da região sejam
lixiviados e os nutrientes sejam carreados em grande escala para o reservatório. O
elevado aporte fósforo ao reservatório foi condicionado ao grande potencial de
enriquecimento do mesmo por nutrientes advindos de fontes não-pontuais de áreas
agrícolas e de pecuária localizadas ao longo da bacia, devido ao elevado fator de
envolvimento da área da bacia de captação em relação à área superficial doo
reservatório (151,5), típico de ecossistemas aquáticos artificiais.
Na zona ripária do reservatório Dourado as áreas de pecuária se
caracterizaram como as principais fontes difusas de nutrientes para o reservatório,
influenciadas em grande parte pelo enriquecimento do solo com fósforo, derivado da
decomposição dos excretas animais, e pela alta densidade do solo devido ao
pisoteio, concorrendo para elevadas perdas de solo e de fósforo devido à erosão
hídrica durante o período chuvoso. O elevado aporte de nutrientes neste período, a
partir das fontes difusas, se torna mais crítico devido à limitada capacidade de
assimilação da carga de nutrientes recebida pelo reservatório, conferindo ao
manancial uma tendência ao aumento do processo de eutrofização. No período
chuvoso a concentração de nutrientes no reservatório foi elevada, devido à sua
capacidade de retenção de grande parte da carga de nutrientes exportada pela
bacia e à baixa capacidade de assimilação de nutrientes dissolvidos pela reduzida
biomassa algal registrada no período, provavelmente associada ao efeito da diluição
e da sua exportação em larga escala do reservatório através do vertimento.
Com o início do período de seca a intensa evaporação e a falta de
renovação da água fizeram com que o volume do reservatório fosse reduzido,
contribuindo para a diminuição das concentrações de nutrientes dissolvidos devido à
assimilação pela biomassa algal em crescimento, favorecida pela menor turbulência
e aumento do tempo de retenção da água durante a seca. Outro fator importante
para o crescimento da biomassa algal durante a seca está relacionado ao aumento
nos níveis de turbidez e a consequente diminuição da disponibilidade de luz,
favorecendo a prevalência e aumento da biomassa de espécies como as
cianobactérias, que se adaptam melhor a estas condições ambientais, e degradam a
qualidade da água devido à produção de toxinas que têm efeitos diretos sobre a
saúde humana, conforme afirma Brasil (2011). Durante o período de seca o
desenvolvimento excessivo da biomassa algal contribuiu para o aumento do
94
processo de eutrofização e inviabilização do reservatório para diversos usos
consuntivos da água.
Para o controle e mitigação do processo de eutrofização do reservatório
Dourado recomenda-se a continuidade do monitoramento do balanço de massa e
das variáveis limnológicas para que padrões sazonais de mudanças na qualidade da
água do reservatório sejam identificados e suas consequências ao processo de
eutrofização sejam devidamente compreendidas visando o melhoramento da gestão
dos recursos hídricos e o desenvolvimento de programas de manejo e modelos
preditivos.
6 - CONCLUSÕES
1 - O balanço hídrico positivo do reservatório Dourado durante o período chuvoso
contribuiu para uma elevada exportação de nutrientes da bacia de drenagem para o
reservatório a partir dos rios afluentes.
2 - O reservatório Dourado apresentou-se como um sistema capaz de reter parte da
elevada carga de fósforo exportada a partir da bacia de drenagem, conferindo ao
manancial uma tendência ao aumento do processo de eutrofização. Como
consequência, são necessárias medidas que visem à mitigação do problema, como
a manutenção da mata ciliar dos rios e das nascentes e o manejo adequado de
áreas agrícolas localizadas ao longo da bacia.
3 - O reservatório Dourado tende a ser classificado como hipereutrófico durante o
período de estudo, sinalizando para uma tendência à elevação da eutrofização
devido às elevadas concentrações de biomassa algal registradas.
4 - A sazonalidade regida pelo regime hidrológico da região do semiárido apresentou
influência na modificação das características limnológicas do reservatório Dourado,
especialmente na qualidade da água.
5 - No período chuvoso o aporte alóctone de compostos ao reservatório Dourado a
partir da bacia de drenagem contribuiu para a elevação das concentrações de
nutrientes na água.
6 - A redução no nível da água e o aumento do tempo de retenção da água do
reservatório contribuíram para o crescimento acentuado da turbidez e da biomassa
95
algal, favorecendo o aumento do processo de eutrofização e a inviabilização do uso
do reservatório para diversos usos consuntivos.
7 - O uso do solo da zona ripária do reservatório Dourado para pecuária e cultivo
agrícola provoca redução da qualidade ambiental do solo e consequente aumento
de seu potencial em comprometer a qualidade da água do reservatório.
8 - Áreas com uso do solo sob influência da pecuária são potenciais fontes difusas
de fósforo para o reservatório Dourado, podendo contribuir em grande escala para a
elevação do processo de eutrofização do manancial.
9 - São necessárias medidas de cunho preventivo e corretivo buscando a
manutenção de um adequado equilíbrio ecológico nas áreas sob uso do solo no
entorno do reservatório Dourado visando o controle e mitigação do processo de
degradação da qualidade da água desse importante manancial de abastecimento.
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