Bacia experimental do rio Sesmarias (médio vale do rio Paraíba do Sul): influência do eucalipto nos processos hidrológicos e erosivos

Anderson Mululo Sato1 (sato@ufrj.br)

Mariana de Araújo Abdalad1 (mariana_abdalad@yahoo.com.br) Ana Paula de Araújo Silva1 (apdas@ibest.com.br) André de Souza Avelar1 (andreavelar@acd.ufrj.br) Ana Luiza Coelho Netto1 (ananetto@acd.ufrj.br)

1 Laboratório GEOHECO (Geo-hidroecologia) – Sala H1-015 – Departamento de Geografia,

Instituto de Geociências, Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza, Universidade Federal do Rio de Janeiro - CEP 21941-590, Rio de Janeiro/RJ

Abstract. Brazil has the 6th greatest planted forest area in the world and more than 3.7 million hectares of Eucalyptus. Although, still exists lots of questions related to environmental impacts of this activity, specially focused on hydrological alterations. Since late 1990´s landscape mosaic of middle Paraíba do Sul river valley has been rapidly modified by spreading of Eucalyptus patches in substitution to cattle grazing grasslands. Our current research interests are driven to understand the role played by Eucalyptus controlling the hillslope, headwater basins and main rivers hydrology and erosion and explain how these changes may affect the regional landscape system. Sesmaria experimental basin is composed of four monitoring stations in the main rivers (Feio, Formoso, São João e Sesmaria rivers) and also in four headwater basins with different spacing and management to observe water discharge and quality (turbidity and electrical conductivity). Ground water level, tensiometry and road erosion are also going to be monitored in the headwater bains. Precipitation has been measured in eight different positions to avoid analysis errors related to spatial variability of rainfall. Palavras-chave: Eucalyptus, bacia de drenagem, vazão, qualidade da água, erosão.

1. Introdução

No ano de 2005 o Brasil apresentava a sexta maior área de florestas plantadas do mundo, com uma área equivalente a 5384 x 103 hectares e taxa de crescimento (2000 – 2005) de 21000 ha.ano-1 (FAO, 2006). Somente os plantios de espécies do gênero Eucalyptus abragiam 3751 x 103 ha no Brasil no ano de 2007 (ABRAF, 2008), apesar dos diferentes questionamentos sobre os impactos ambientais e sociais da silvicultura deste gênero no país. As alterações hidrológicas são freqüentemente apontadas como uns dos principais impactos desta atividade (ex. FAO, 1985; Lima, 1996; Lane et al., 2004; Whitehead & Beadle, 2004) e neste contexto podemos citar os estudos sobre o rebaixamento dos níveis freáticos em virtude da inibição da recarga dos aqüíferos (Zhou et al., 2002, Lima et al., 1990), os que avaliam as alterações na qualidade da água dos canais em virtude da aplicação de fertilizantes (Hopmans e Bren, 2007), e aqueles que enfocam o entendimento das modificações da quantidade e da carga de sedimentos no escoamento superficial das encostas (Lima, 1990) e das estradas dos plantios (Croke et al., 1999). Após um longo período de estagnação econômica, as áreas rurais do médio vale do rio Paraíba do Sul (MVRPS) vêem sendo submetidas a um acelerado processo de transformação pela introdução de plantios de eucalipto em antigas áreas de pastagem. O vale do rio Paraíba do Sul constitui o principal eixo de ligação entre a metrópole do Rio de Janeiro e São Paulo e esta bacia apresenta mais de 50.000 ha ocupados por plantios de eucalipto (Vianna et al., 2008). No trecho entre as cidades de Queluz/SP e Volta Redonda/RJ a taxa de expansão no período entre 2000 e 2007 foi da ordem de 250 ha.ano-1, cobrindo uma área total de 1755 ha no ano de 2007 (Vianna et al., 2007).

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Estudos realizados por Sato (2008) nas encostas cobertas por eucaliptos na bacia do rio Sesmaria, afluente do rio Paraíba do Sul, indicam que os fluxos de atravessamento nos plantios apresentam grande variabilidade espacial e concentração próximo aos troncos. O escoamento superficial no divisor de drenagem (8º de declividade) e na encosta lateral (24º) é extremamente reduzido, sendo dificultado pela presença de uma espessa camada de serrapilheira, que apresenta elevada capacidade de retenção hídrica e baixa taxa de decomposição. Após a realização deste primeiro estudo na bacia do rio Sesmaria observou-se a oportunidade de implementar nesta área uma bacia experimental de monitoramento visando compreender os processos hidrológicos e erosivos em diferentes escalas de análise. Esta análise visa detectar e quantificar estes processos desde as encostas, passando pela análise quanti- e qualitativa da água nas cabeceiras de drenagem até chegar aos canais fluviais de maior ordem desta bacia. Desta forma, o objetivo deste trabalho é apresentar a rede de monitoramento instalada na bacia do rio Sesmaria, sua espacialização e parâmetros mensurados, visando compreender as alterações hidrológicas e erosivas proporcionadas pela implementação de plantios de eucalipto nesta bacia.

2. Área de Estudo

A bacia do rio Sesmaria está inserida na região do MVRPS, na divisa dos estados do Rio de Janeiro e São Paulo (Figura 1). Geomorfologicamente a região é caracterizada por um domínio montanhoso, com predomínio de erosão por mecanismos gravitacionais, e um domínio colinoso, com ocorrência de espessos pacotes sedimentares da transição do Pleistoceno-Holoceno e processos de voçorocamento retrabalhando estes sedimentos (Coelho Netto, 1999; 2003). A formação destas voçorocas está intimamente relacionada com o controle lito-estrutural das fraturas sub-verticais que permitem a exfiltração da água subterrânea, assim como a orientação dos principais canais seguindo o strike regional SW-NE (Avelar e Coelho Netto, 1992). Os latossolos desta região são espessos, muito lixiviados e pobres em nutrientes, principalmente após a erosão do horizonte A com o desmatamento da floresta Atlântica provocado pela atividade cafeeira no século XVIII.

Figura 1 – Localização da área de estudo. Bacia do rio Sesmaria destacada em vermelho.

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A bacia do rio Sesmaria possui 149 Km2 e apresenta como principal uso/cobertura as gramíneas/pastagens, que compõem a matriz da paisagem cobrindo 71% de toda a área. Os fragmentos florestais (21%) estão distribuídos em pequenos fragmentos, mas encontram-se adensados no domínio montanhoso, enquanto as áreas urbanas são pouco expressivas (2%) e são representadas basicamente por parte da cidade de Resende/RJ. Os plantios de eucalipto abrangem uma área equivalente a 6% da bacia e estão localizados no domínio das colinas convexo-côncavas, sendo representados por quatro fazendas da Votorantin Celulose e Papel (Sato, 2008). Os plantios de eucaliptos estão localizados nos divisores de drenagem e nas encostas laterais das colinas, enquanto os fundos de vales apresentam vegetação nativa (floresta Atlântica) em diferentes estágios sucessionais com a finalidade de atuar como áreas tampão (buffer zones) dos riachos. O plantio é composto por clones híbridos de Eucalyptus grandis x urophylla (1ª rotação) iniciado em 2004 com espaçamento regular de 3 x 2 m (1666 árvores.ha-1) em três fazendas (Independência, Monte Alegre e São Pedro III) e espaçamento de 3 x 1,5 (2222 árvores.ha-1) na fazenda Caximonan. A precipitação média anual no período de 1970–1995 avaliada na estação pluviométrica Arapeí (7 Km de distância da área de estudo) é de 1588 mm, com cerca de 70% das chuvas ocorrendo no período de Novembro a Março (figura 2). A temperatura média anual é de 20 oC e as temperaturas médias anuais variam de 16 oC em Julho a 23 oC em Fevereiro (Figura 2).

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Figura 2 – Precipitação média mensal e temperatura média mensal da área de estudo.

3. Bacia Experimental do rio Sesmaria

A bacia experimental do rio Sesmaria é composta por quatro estações de monitoramento em cabeceiras de drenagem e outras quatro estações de monitoramento nos principais rios da bacia, além de contar com oito pontos de medição de precipitação (Figura 3 e Tabela 1). A precipitação é mensurada em oito pontos localizados próximos às estações dos rios principais (Feio, Formoso, São João, Sesmaria), em dois pontos nas estações das cabeceiras de drenagem (Caximonan II e Independência II), além de um ponto na fazenda Monte Alegre e outro ponto, mais isolado, na porção montanhosa da bacia. Este adensamento de pontos de mensuração próximo às áreas dos plantios de eucalipto foi realizado com o objetivo de reduzir os riscos de que chuvas pontuais levem a análises incorretas das respostas hidro-erosivas nas

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estações de cabeceiras de drenagem e também nas estações dos rios principais. A implantação de um ponto de monitoramento de chuvas no domínio montanhoso desta bacia foi realizado em virtude de terem sido apontadas diferenças significativas na pluviosidade média anual entre as estações localizadas no domínio das colinas e no domínio montanhoso. Levantamentos prévios indicam que a precipitação média anual nas áreas de colinas é de 1508 mm, enquanto no domínio montanhoso o valor é de 1966 mm.

Figura 3 – Localização das estações de monitoramento. Mapa de uso e cobertura extraído de Vianna et al. (2007).

Tabela 1 – Parâmetros mensurados nas estações pluvio-flúvio-sedimentométricas.

Precipitação No. Estações Vazão Turbidez Condutividade

Auto Manual 1 Sesmaria X X X X 2 Caximonan I X X X 3 Caximonan II X X X X 4 São João X X X X 5 Feio X X X X 6 Formoso X X X X 7 Independência I X X X 8 Independência II X X X X 9 Monte Alegre X 10 Montanha X

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Com a implantação das quatro estações flúvio sedimentométricas de monitoramento em cabeceiras de drenagem almeja-se comparar as alterações hidro-erosivas de diferentes tipos de manejo nos plantios. Foram selecionadas quatro cabeceiras de drenagem (Figura 4), sendo uma utilizada como controle e as outras três restantes receberão tratamentos diferenciados quanto ao espaçamento e quanto à utilização de rebrota (Tabela 2). Nas saídas de cada cabeceira de drenagem foram instalados vertedores triangulares de 90º com monitoramento contínuo de cota/vazão, turbidez e condutividade elétrica. Os transdutores de pressão com compensação atmosférica (SITRON - modelo LH840, faixa 0 – 1 mca), turbidímetros (Global Water – modelo WQ720, faixa 0 – 1000 NTU) e condutivímetros (Global Water – modelo WQ301, faixa 0 – 10000 µS) estão associados a um sistema automático de armazenamento de dados (Global Water – modelo GL500 7-2) em intervalos de 5 minutos (Figura 5). Nestas cabeceiras serão aplicados tratamentos de bacias pareadas, uma vez que elas estão próximas, submetidas ao mesmo clima, regime de chuvas, controles lito-estruturais e apresentam dimensões semelhantes.

Figura 4 – Detalhamento das cabeceiras de drenagem monitoradas. A: Caximonan I; B: Caximonan II; C: Independência I; D: Independência II. Mapas cedidos pela VCP. Tabela 2 – Tratamentos das estações flúvio-sedimentométricas nas cabeceiras de drenagem.

Estações Área (ha) Espaçamento Manejo pós corte Caximonan I 13,4 3 x 1,5 m Não receberá corte (controle) Caximonan II 18,0 3 x 1,5 m Replantio Independência I 14,3 3 x 2 m Replantio Independência II 10,9 3 x 2 m Rebrota

B

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Figura 5 – Detalhamento da Estação Independência II. A: vertedor triangular. B: datalogger. Nas encostas de cada uma dessas quatro estações em cabeceiras de drenagem serão instaladas calhas coletoras do fluxo de atravessamento. A coleta do fluxo de atravessamento com a utilização de calhas apresenta como vantagem sobre a medição com pluviômetros cilíndricos a integração da variabilidade espacial do atravesamento, o que além de trazer dados médios mais precisos, diminui o esforço amostral. Dados de Sato (2008) indicam que medidas de atravessamento em plantios de eucalipto realizadas com pluviômetros em calha apresentam menores variações na comparação com os pluviômetros cilíndricos (Figura 6). Além das medidas de atravessamento, foram instalados seis poços, quatro dispostos transversalmente ao eixo da cabeceira e outros dois poços no sentido do eixo, com o objetivo de monitorar o regime de oscilação do lençol freático ao longo do ano e também avaliar as situações pré e pós corte. Também será implementado o monitoramento da tensiometria no compartimento superior do solo para avaliar infiltração e a retirada de água do solo, além da quantificação das perdas erosivas nas estradas de rodagem não-pavimentadas.

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Calhas Cilíndricos

Figura 6 – Medição de atravessamento com calhas. Comparação da variabilidade do atravessamento diário com a utilização de pluviômetros em calha e cilíndricos. As quatro estações dos rios principais da bacia do rio Sesmaria foram instaladas em pontos onde torna-se possível avaliar as condições quanti- e qualitativas da água nos canais coletores antes e depois de receberem os afluentes que provêem das áreas com plantios de eucalipto (Figura 3). As estações dos rios Feio e Formoso avaliam as condições hidrológicas antes da área de influência dos plantios de eucalipto, enquanto a estação do rio São João é o ponto de monitoramento que recebe maior influência desses plantios. Já a estação do rio

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Sesmaria monitora os parâmetros no principal rio da bacia e que encontra-se a jusante das demais estações, permitindo avaliar as condições quanti- e qualitativas da água do canal principal após a influência dos plantios de eucalipto. Nestas estações foram instaladas seções de réguas limimétricas com o auxílio de teodolito para o nivelamento preciso das réguas. Cada estação é visitada duas vezes por dia (07:00 h e 17:00 h) por um leitor de campo para a obtenção das cotas e são realizadas mensurações mensais da vazão a vau com a utilização de micromolinete (Global Water – molelo FP201) para a determinação da curva chave (função cota vs. vazão) (Figura 7). Além do sistema manual, foram instalados sistemas automáticos de aquisição de dados de cota/vazão, turbidez e condutividade elétrica da água em intervalos de 15 minutos. Os transdutores de pressão, turbidímetros e condutivímetros são semelhantes aos implantados nas estações flúvio-sedimentométricas das cabeceiras de drenagem, com exceção do sistema de armazenamento de dados, que consiste em um conjunto de três amperímetros no formato de pendrives (MC – modelo USB 504, faixa 4 – 20 mA) (Figura 8).

Figura 7 – Estação do Rio São João. A: Leitura da cota linimétrica pelo leitor de campo. B: Medição da vazão a vau com a utilização de micromolinete.

Figura 8 – Estação do Rio Sesmaria. A: Em primeiro plano o local de registro automático dos dados e ao fundo a seção de réguas linimétricas e o rio Sesmaria. B: detalhe do sistema automático de aquisição de dados.

A B

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4. Agradecimentos A pesquisa teve apoio financeiro do MCT/CNPq - Conselho Nacional de

Desenvolvimento Científico e Tecnológico (PRONEX, Universal e CT-Hidro) e FAPERJ - Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro. Agradecemos à Votorantin Celulose e Papel pelo acesso às fazendas e pelo apoio técnico e logístico.

5. Referências Bibliográficas

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