UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS

CURSO DE AGRONOMIA

EVERTON ALVES RODRIGUES PINHEIRO

DETERMINAÇÃO IN SITU DA PROFUNDIDADE EFETIVA DAS RAÍZES DA

CAATINGA PRESERVADA PARA FINS DE BALANÇO DE ÁGUA NO SOLO

FORTALEZA

2010

EVERTON ALVES RODRIGUES PINHEIRO

DETERMINAÇÃO IN SITU DA PROFUNDIDADE EFETIVA DAS RAÍZES DA

CAATINGA PRESERVADA PARA FINS DE BALANÇO DE ÁGUA NO SOLO

Monografia submetida à Coordenação do Curso de Agronomia, da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Agrônomo. Área de concentração: Agronomia Orientador: Prof. Dr. José Carlos de Araújo.

FORTALEZA 2010

P718d Pinheiro, Everton Alves Rodrigues Determinação in situ da profundidade efetiva das raízes da caatinga preservada para fins de balanço de água no solo / Everton Alves Rodrigues Pinheiro. – Fortaleza, 2010. 51 f. ; il. color. enc.

Orientador: Prof. Dr. José Carlos de Araújo Monografia (Graduação) - Universidade Federal do Ceará, Centro de

Ciências Agrárias, Depto. de Fitotecnia, Fortaleza, 2010.

1. Caatinga. 2. Distribuição radicular. 3. Modelagem hidrossedimentológica. I. Araújo, José Carlos de (Orient.). II. Universidade Federal do Ceará – Graduação em Agronomia. III. Título.

CDD 631

EVERTON ALVES RODRIGUES PINHEIRO

DETERMINAÇÃO IN SITU DA PROFUNDIDADE EFETIVA DAS RAÍZES DA

CAATINGA PRESERVADA PARA FINS DE BALANÇO DE ÁGUA NO SOLO

Monografia submetida à Coordenação do Curso de Agronomia, da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Agrônomo. Área de concentração: Agronomia

Aprovada em 23/11/2010.

BANCA EXAMINADORA

_______________________________________________ Prof. Dr. José Carlos de Aráujo (Orientador)

Universidade Federal do Ceará - UFC

_______________________________________________ Prof. Dr. Raimundo Nonato Távora Costa

Universidade Federal do Ceará - UFC

_______________________________________________

Ms. Afranio Arley Teles Montenegro Embrapa Agroindústria Tropical

Aos meus Pais Elisberto Alves Pinheiro e Maria

Alves Rodrigues Pinheiro, que sempre dentro dos

limites das possibilidades me dedicaram o mais

puro e generoso apoio, confiança e amor

incondicional. Além de terem na humildade de

ambos, moldado meu caráter e princípios que

regem minha vida.

Às minhas irmãs Fabiana e Tatiane, por todo o

apoio, confiança e carinho sem mensuração.

Minha gratidão eterna

AGRADECIMENTOS

A Deus, pela vida, por permitir a busca pelos objetivos almejados em minha vida e

pela oportunidade de recomeço.

A Universidade Federal do Ceará (UFC), pela oportunidade de concluir a graduação.

À SESu, especialmente ao Programa de Educação Tutorial (PET), pelo auxílio

financeiro e concessão da bolsa, ao Grupo de Pesquisas Hidrossedimentológica do Semiárido

(HIDROSED), pelo apoio intelectual e financeiro para a realização desta pesquisa e ao

Instituto Brasileiro do Meio Ambiente (IBAMA) pelo apoio às pesquisas na Estação

Ecológica de Aiuaba (ESEC).

Ao Prof. Dr. José Carlos de Araújo, pela orientação, confiança, ensinamentos e pelo

exemplo profissional de competência e honestidade.

Ao Prof. Carlos Alexandre Gomes Costa (UFG), pela confiança, apoio e

ensinamentos ao longo da condução de toda esta pesquisa.

Ao Pesquisador Afranio Arley Teles Montenegro, pela colaboração e ensinamentos.

Ao Prof. Dr. Raimundo Nonato Távora Costa, pela colaboração e ensinamentos.

Ao Prof. Ervino Bleicher pelos ricos ensinamentos, incentivo e confiança durante

toda a minha caminhada na graduação.

Aos Professores Márcio Cléber Medeiros Correia e Cândida Hermínia Campos de

Magalhães Bertini, pelos ensinamentos ao longo da graduação.

A EMBRAPA Agroindústria Tropical, em nome do Pesquisador e Professor Dr.

Marlos Alves Bezerra, pela oportunidade de estágio e assim proporcionado ricos

ensinamentos e uma chance a mais de amadurecimento na vida profissional.

Aos amigos, Gabriel Nuto, José Moacir e Lineker Lopes, pela convivência

harmoniosa, respeito, incentivo e pelos conhecimentos partilhados ao longo de toda a

graduação.

Aos colegas do PET, Zé Wellington, Marcos Neves, Levi, Igor, Ronaldo, Marcelo,

Neto, Tassia, Winnie e Charles pelo convívio e amizade.

Aos meus Pais, Elisberto Alves Pinheiro e Maria Alves Rodrigues Pinheiro e as

minhas irmãs Fabiana e Tatiane, pelo apoio, incentivo e amor incondicional.

E a todos, que de forma direta ou indireta contribuíram para a concretização deste

trabalho.

SUMÁRIO

RESUMO.................................................................................................................................06

ABSTRACT .............................................................................................................................07

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 08

2 REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................................... 10

2.1 Características e extensão do bioma Caatinga ............................................................... 10

2.2 Contribuições do estudo de raízes do bioma Caatinga .................................................. 13

2.3 Contribuições da determinação da zona efetiva de raízes para a modelagem

hidrossedimentológica do semiárido ................................................................................. 15

3 MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................................ 18

3.1 Caracterização da área de estudo ................................................................................... 18

3.1.1 Clima ............................................................................................................................... 20

3.1.2 Vegetação ........................................................................................................................ 21

3.2 Método de análise de raízes............................................................................................. 23

3.2.1 Descrição e variações do método do perfil de solo......................................................... 24

3.3 Procedimentos das amostragens ..................................................................................... 25

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................ 31

5 CONCLUSÕES .................................................................................................................... 39

6 RECOMENDAÇÕES .......................................................................................................... 40

REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 41

DETERMINAÇÃO IN SITU DA PROFUNDIDADE EFETIVA DAS RAÍZES DA CAATINGA PRESERVADA PARA FINS DE BALANÇO DE ÁGUA NO SOLO

Autor: Everton Alves Rodrigues Pinheiro Orientador: Prof. José Carlos de Araújo

RESUMO

O estudo dos ecossistemas passa cada vez mais pela criação e utilização de modelos matemáticos de simulação dos diferentes processos associados ao funcionamento das comunidades vegetais e animais. De um modo geral o solo é encarado como um compartimento sujeito a entradas e saídas de água. A partir desta estrutura geral, diferentes soluções têm sido encontradas para a representação dos fluxos de água nas interfaces solo-planta-atmosfera. A distribuição radicular em um solo tem influência direta na capacidade das plantas em extrair água e solutos. Assim, tal conhecimento é de grande importância para um maior detalhamento do balanço de água no solo na profundidade efetiva das raízes em bacias semiáridas. Os processos erosivos no semiárido são em grande parte regidos pela capacidade hídrica de transporte, sendo a vegetação um dos componentes de maior sensibilidade nas respostas hidrossedimentológicas. Isso se explica porque o padrão de desenvolvimento radicular envolve muitos processos relevantes na interface solo-raiz que são capazes de alterar o comportamento pedológico nas diferentes respostas hidrológicas. No entanto, a absorção de água pelas plantas é uma componente com uma abordagem normalmente simplificada dada a frequente inexistência de dados sobre a distribuição das raízes no solo. Este estudo objetivou determinar a profundidade efetiva do sistema radicular do bioma Caatinga, assim como sua eventual variação intranual, pelo método da trincheira. Foram avaliados 72 perfis na Bacia Experimental de Aiuaba, CE, incluindo três tipos de solo (Argissolo, Luvissolo e Latossolo), duas estações climáticas, quatro perfis por trincheira com três repetições. Os resultados mostraram que: (i) a profundidade efetiva das raízes da Caatinga variou de 0,36m a 0,73m, sendo aquelas limitadas pela profundidade do solo; (ii) as profundidades efetivas das raízes se mostraram, nos três solos, espacialmente homogêneas independentemente da proximidade das árvores de maior porte; (iii) as profundidades das raízes nas estações úmida e seca diferiram estatisticamente, sendo até 0,1m menores no período seco; (iv) a cobertura dos solos, por raízes, variou de 3% a 10%, limitada à profundidade efetiva; e (v) os parâmetros de profundidade efetiva das raízes encontrados nesta pesquisa são até 2,5 vezes menores que aqueles comumente usados na aplicação de modelos hidrossedimentológicos. Palavras chaves: Vegetação. Distribuição radicular. Modelagem hidrossedimentológica. Semiárido.

IN SITU EFFECTIVE ROOT DEPTH OF PRESERVED CAATINGA VEGETAT ION, AIMING AT WATER BALANCE IN SOIL

Author: Everton Alves Rodrigues Pinheiro Coordinator: Prof. José Carlos de Araújo

ABSTRACT The study of the ecosystems increasingly needs mathematical models for simulation of different processes associated with plant and animal community behaviour. Usually, the soil is seen as a compartment of water input, transportation and output. According to this general structure, different solutions have been found for quantifying water inflow in the atmosphere-root-soil interface. The root distribution in the soil has a direct influence on the plants’ water and solutes removing capacity, thus, this knowledge is very important for the understanding of water balance in the soil, especially in the effective-root depth. According to the Literature, erosive processes in semiarid watersheds are usually driven by hydraulic transportation capacity, being the vegetation the component with the highest sensibility in hydro-sedimentologic response. This can be explained because the pattern of root development involves relevant processes in the root-soil interface, which is capable of changing the pedological behaviour at different hydrological responses. Therefore, the water uptake by plants is a component with a usually simplified approach because of the frequent nonexistence of data on soil root distribution. This study aimed at determining the effective root depth of the Caatinga biome, as well as their eventual intra-annual changes. During the research, 72 soil profiles were analyzed in the Aiuaba Experimental Basin, Brazil, including three types of soils, two seasons, four profiles per trench, with three repetitions. The main results show that: (i) the effective root depth of the Caatinga ranges from 0.36m to 0.73m. The smallest values are due to shallow soil depth; (ii) the effective root depth was observed to be homogeneous, independently of the distance to the highest trees; (iii) the root systems differ statistically during the dry and wet seasons. The root depths in the dry season are up to 0.1m shorter than in the wet season, regardless of the soil type; (iv) the roots occupy from 3% to 10% of the soil profile, up to the effective depth; and (v) the parameters used in this work are up to 2.5 times lower than those usually used in the simulations with the hydro-sedimentologic models. Keywords: Vegetation. Root distribution. Hydro-sedimentologic model. Semiarid Environment.

8

1 INTRODUÇÃO

O bioma Caatinga é definido por Lemos (2006) como “qualquer comunidade

vegetal padronizada pelo seu aspecto fisionômico, resultante da caducifolia de suas espécies

no período seco, refletindo a semiaridez no chamado Polígono das Secas”. Assim, as espécies

vegetais presentes neste bioma estão condicionadas a padrões diversos de sobrevivência, de

tal modo que seja possível o desenvolvimento em áreas sujeitas ao deficit hídrico. Dessa

forma, essas espécies obrigatoriamente possuem mecanismos de escape à seca (habilidade da

planta em completar seu ciclo vital antes do período seco) ou tolerância à seca (ajustamento

osmótico, fechamento estomático, alterações na arquitetura do desenvolvimento radicular

etc.) como estratégias ecofisiológicas.

Vários são os estudos que buscam desenvolver estratégias de convivência com o

semiárido com o objetivo de atenuar os efeitos do deficit hídrico característicos desta região,

como também buscar maior conhecimento das potencialidades existentes. Daí surgem

pesquisas que visam compreender melhor a hidrologia do semiárido, que através de modelos

se procura um maior entendimento das diferentes associações entres os processos hidrológicos

com as formações de solo e vegetação do bioma Caatinga. O balanço de água no solo é um

dos principais componentes dentro da modelagem hidrológica, visando quantificar a real

disponibilidade hídrica dentro do compartimento solo, por meio de perfis representativos.

Porém, a vegetação é um componente ativo dentro da modelagem, atuando de várias formas

na dinâmica da água no solo, principalmente no balanço de energia responsável pela

evapotranspiração. A determinação da zona efetiva de raízes permite melhorar o

conhecimento do papel que as raízes desempenham nas interações com o solo, contribuindo

assim para o uso mais adequado desta informação dentro da modelagem

hidrossedimentológica (GÜNTNER; BRONSTERT, 2004; MEDEIROS, 2009).

De acordo com Greenway (1987) a vegetação atua de muitas maneiras na

estabilização do solo através do seu sistema radicular, fornecendo uma cobertura que melhora

o microclima e as condições do solo. Raízes e caules aumentam a rugosidade da superfície do

solo e a permeabilidade do mesmo, levando ao aumento da capacidade de infiltração, além de

enriquecê-lo através da fixação de nitrogênio podendo atuar como um filtro ou uma barreira

9

para o escoamento de sedimentos e nutrientes. São várias as pesquisas que mostram que a

profundidade efetiva (Pe) das raízes de uma planta individual ou de uma comunidade é o

ponto de máxima ação do sistema radicial, tanto no que diz respeito ao fluxo de água como

nas interações biológicas do solo (FITTER, 1996; SCHENK; JACKSON, 2002; BONI et al.,

2008).

A caracterização da distribuição radicular permite conhecer o verdadeiro potencial de

absorção de água ao longo dos perfis do solo. No entanto, é sabido que o conhecimento sobre

as características estruturais e perfil de desenvolvimento das raízes das comunidades de

plantas do bioma Caatinga é bastante escasso. Resumindo, podemos dizer que conhecemos

razoavelmente bem o que está à vista, mas desconhecemos quase completamente o que está

escondido abaixo da superfície do solo.

Portanto, propõe-se no âmbito desta pesquisa: (i) determinar a profundidade do

solo em que se localiza pelo menos 90% do comprimento de raízes acumulado; (ii) verificar

se a profundidade efetiva sofre influência das árvores de maior porte; (iii) mostrar se essa

profundidade difere entre os períodos seco e úmido; (iv) verificar se os resultados de

profundidade efetiva encontrados nesta pesquisa diferem dos valores anteriores utilizados na

modelagem hidrológica e (v) determinar o percentual de cobertura de raízes para os diferentes

perfis de solo na profundidade efetiva. A essa caracterização do perfil de desenvolvimento

vertical do sistema radicular da vegetação tipo Caatinga preservada, visa contribuir com o

conhecimento da interface solo-raiz no balanço de água do solo e fornecer maior suporte

dentro da modelagem hidrossedimentológica do semiárido.

10

2 REVISÃO DE LITERATURA

2.1 Características e extensão do bioma Caatinga

A Caatinga é uma formação vegetacional exclusivamente brasileira que foi

reconhecida como uma das 37 grandes áreas naturais do planeta (GIL, 2002). Ocupa uma área

de aproximadamente 800 mil km2 (70% de toda a região Nordeste), ocorrendo nos Estados do

Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco, Alagoas, Sergipe, Bahia e uma

pequena faixa no norte de Minas Gerais (PRADO, 2003). A vegetação da Caatinga é

composta principalmente por espécies xerofíticas, podendo apresentar uma fisionomia

arbustivo-arbórea, ocorrendo em áreas com marcada sazonalidade e baixos índices de

precipitação pluviométrica (RODAL; MELO, 1999).

Normalmente, esta vegetação está adaptada ao déficit hídrico, em decorrência da

irregularidade das chuvas. Analisando-se este fator, percebe-se que não é apenas a baixa

precipitação a responsável pelo déficit hídrico, mas, também, a associação a outros fatores

característicos da região, como altas temperaturas e alta intensidade luminosa, que ocasionam

uma elevada demanda evaporativa e conseqüente dessecação do solo (TROVÃO, 2007).

Oliveira et al. (1999) afirmam que o universo dos espaços físicos e ecológicos do

sertão nordestino é considerado semiárido pelo fato de possuir uma estação chuvosa alternada

com uma estação muito seca, de longa duração mesmo em anos hidrologicamente normais.

Ross (1998) salienta que, geograficamente, o Nordeste seco apresenta-se como uma região

definida pela condição climática marcadamente azonal em relação ao cinturão próprio das

faixas áridas e semiáridas subtropicais do globo. Esta informação já fora apresentada por

Ab’saber (1974 apud Lemos, 2006), quando o autor afirmou ainda que o Nordeste semiárido é

um dos raros exemplos de domínios morfoclimáticos intertropicais secos. Enquanto isso,

Souza et al. (1994), com base na isoieta modal de 800 mm/ano e em um conjunto de fatores

como relevo, solo, litologia e hidrologia de superfície e subsuperfície, redimensionaram o

semiárido nordestino e concluíram que o mesmo apresenta sete geoambientes, onde a

precipitação média varia de 400 a 800 mm/ano e que, além da vegetação de Caatinga,

11

ocorrem tipos transicionais associados a outras formações vegetais ocorrentes na região

Nordeste.

De acordo com PNE (2005) os solos da região semiárida têm distribuição espacial

complexa, formando um mosaico muito retalhado com tipos muito diferentes. Eles vão dos

solos rasos e pedregosos associados à imagem típica do sertão seco, coberto de cactáceas, aos

solos arenosos e profundos.

Jacomine (1996) também destaca a grande diversidade litológica – além de

variação no relevo e no regime de umidade do solo – na região semiárida nordestina, bem

como no Norte de Minas Gerais. O autor comenta que esses fatores combinados,

preponderantes na formação e evolução dos solos da região, dão como resultado a presença de

diversas classes de solos, sendo estas constituídas principalmente por Latossolos, Neossolos,

Argissolos, Luvissolos e Planossolos. Ressalta-se, contudo, que estas classes de solos podem

diferir quanto à atividade da argila, à saturação por bases, à textura, à presença de sais

solúveis e sódio trocável, além de permeabilidade, profundidade, porosidade e densidade do

solo.

Prado (2003) considera o solo como um dos principais fatores abióticos que

influenciam a distribuição de plantas lenhosas no ecossistema Caatinga, uma vez que, a

composição florística e a estrutura do componente lenhoso de áreas de Caatinga instaladas

sobre o embasamento cristalino (ALCOFORADO FILHO et al., 2003) tem apresentado

diferenças em relação às ocorrentes sobre bacias sedimentares (LEMOS; RODAL, 2002).

A Caatinga apresenta grande variação fisionômica, principalmente quanto à

densidade e ao porte das plantas. Mudanças em escala local, a poucas dezenas de metros, são

facilmente reconhecíveis e geralmente ligadas a uma alteração ambiental claramente

identificável. É o caso do maior porte das plantas nos vales e do menor sobre lajedos e solos

rasos, em conseqüência da maior e menor disponibilidade hídrica (AMORIM; SAMAPIO;

ARAÚJO, 2005).

Fica evidente que o bioma Caatinga, apesar da sua aparente homogeneidade,

apresenta diferentes padrões fisionômicos e conjuntos florísticos. Lira (1979) já reconhecia a

heterogeneidade florística e fisionômica da Caatinga, atribuindo ao clima e ao solo, ou ainda,

a ação conjunta destes dois fatores, o papel causal no estabelecimento de seus diversos tipos.

12

Para Santos et al. (1992), quando se trabalha restritamente a relevo suave, pode-se

considerar sem significado as variações climáticas e estudar o efeito dos diferentes solos na

vegetação. Diferenças nas comunidades vegetais que crescem sobre estes solos poderiam ser

atribuídas a variações nas características químicas e físicas dos solos.

No que toca aos mecanismos de sobrevivência ao estresse hídrico ou à tolerância à

seca, também diferentes autores têm proposto sistemas de agrupamento das estratégias

adotadas pelas várias espécies. Embora exista alguma inconsistência em torno da terminologia

adotada (KOZLOWSKI et al., 1991), é geralmente aceita a distinção entre mecanismos para

evitar a seca e mecanismos de resistência/tolerância à seca (LARCHER, 1975;

KOZLOWSKI, 1982; KOZLOWSKI et al., 1991).

O primeiro tipo de mecanismo tem a ver com adaptações estruturais, ao passo que

o segundo tem a ver com adaptações fisiológicas em nível celular. No segundo caso tratam-se

de mecanismos que permitam à planta resistir a baixos potenciais hídricos, enquanto que o

primeiro tipo de estratégia consiste essencialmente em evitar a ocorrência desses níveis de

potencial hídrico. Jones (1992) distingue ainda num grupo à parte os mecanismos de

eficiência direta e indireta do uso da água e Fitter (2002) divide os mecanismos para evitar a

seca, em adaptações para a aquisição da máxima quantidade de água e adaptações para a

conservação e uso eficiente da água. Esta última interpretação corresponde a considerar a

existência de espécies que resistem à seca essencialmente gastando água e outro grupo de

espécies que essencialmente resistem à seca poupando água.

Um dos principais aspectos relacionados a estas características adaptativas tem a

ver com a estrutura do sistema radicial, dado este estar intimamente ligado à possibilidade de

regeneração vegetativa e simultaneamente, à capacidade de exploração do solo e de extração

de água e nutrientes.

13

2.2 Contribuições do estudo de raízes do bioma Caatinga

Quase todos os autores são unânimes em reconhecer as dificuldades associadas ao

estudo das raízes in situ (KUMMEROW, 1981; BOX, 1996; ATKINSON, 2000). Mesmo

considerando as inovações tecnológicas que podem ser utilizadas atualmente, o estudo das

raízes das plantas continua a ser um desafio muitas vezes recusado.

De acordo com Jackson et al. (1996), os primeiros estudos relatados sobre raízes

começaram há mais de 250 anos através das investigações desenvolvidas por S. Hales em

1727 com plantas cultivadas. Desde cedo foram tentadas várias técnicas para observar as

raízes das plantas. Um dos primeiros relatos sobre a utilização de água sob pressão para a

escavação de raízes data de 1857 e a utilização de painéis de vidro para a observação do

crescimento radicular data de 1873. No entanto foi já no século XX que foram estabelecidas

metodologias consistentes para o estudo das raízes das plantas. A este respeito merecem

referência os trabalhos pioneiros de alguns ecologistas notáveis do início do século passado

tais como J. Weaver e W. Cannon (FITTER, 1996; GUOWEI et al., 1997).

Apesar de todas as inovações ocorridas, grande parte dos estudos de raízes de

plantas desenvolvidos sob condições naturais continua e provavelmente continuará durante

muito tempo a ser realizada com base em métodos que na essência pouco diferem dos

métodos clássicos utilizados desde há mais de cem anos. Talvez por esse motivo seja bastante

elevado o número de trabalhos de investigação utilizando plantas desenvolvidas em condições

controladas, dada a maior facilidade do estudo de suas raízes. No entanto, estes tipos de

trabalhos têm importantes limitações, quer pela dificuldade em reproduzir as condições

naturais, quer pela dificuldade de estudar em plantas lenhosas adultas. Também são

conhecidas as dificuldades do estudo de raízes em condições naturais, em particular quando é

necessário estudar plantas com sistemas radiciais profundos. Tais limitações fazem com que

haja carência de estudos sobre as raízes de plantas lenhosas adultas (SILVA, 2002).

A distribuição radicular em um solo tem influência direta na capacidade das

plantas em extrair água e solutos (FITTER, 1996). Por isso é de vital importância a

informação a respeito da distribuição radicular, visto que tal conhecimento se faz essencial

para um melhor entendimento e compreensão da ecofisiologia das plantas.

14

Assim, quando não é possível conhecer a distribuição vertical das raízes, é pelo

menos fundamental o conhecimento da profundidade máxima de seu enraizamento, o que

permite avaliar a extensão do perfil de solo no qual ocorrem os processos de absorção de água

e nutrientes (SCHENK; JACKSON, 2002). Quando se estuda uma comunidade de plantas há

ainda que levar em conta o fator competição, o qual pode ser responsável por importantes

modificações na distribuição das raízes no solo (ATKINSON, 1978; CASPER; JACKSON,

1997).

A arquitetura e morfologia do sistema radicular da vegetação e densidade (ou

número) de plantas são fatores que influenciam o grau em que o solo é reforçado. Essa

influência se reflete em variáveis tais como a relação entre a área de raízes e a sua distribuição

no solo (WU et al., 1979). Assim, Cammeraat (2004) afirma que o padrão e a densidade da

vegetação podem ser considerados como uma medida da geração de escoamento.

De acordo com Reubens et al. (2007), é evidente que o controle do movimento do

solo é altamente dependente da arquitetura do sistema radicular.

O estudo dos ecossistemas passa cada vez mais pela criação e utilização de

modelos matemáticos de simulação dos diferentes processos associados ao funcionamento das

comunidades vegetais e animais. A utilização de tais modelos deve-se, entre outros aspectos,

a uma crescente facilidade associada à criação destes e a cada vez maior necessidade de

avaliar o impacto das atividades humanas nos processos naturais.

De um modo geral o solo é encarado como um compartimento sujeito a entradas e

saídas de água. Nos modelos mais desenvolvidos este compartimento pode ser dividido em

sub-compartimentos homogêneos (horizontes ou simplesmente camadas de solo) em que as

entradas e saídas de água afetam e são afetadas pelos subcompartimentos vizinhos. A partir

desta estrutura geral, diferentes soluções têm sido encontradas para a representação dos fluxos

de água nas interfaces solo-planta-atmosfera, implicando numa seleção criteriosa das

variáveis com maior influência no processo a simular e das respectivas relações, sendo este

sem dúvida um dos aspectos mais crítico de qualquer trabalho de modelagem de sistemas

naturais (JONES, 1992).

A simulação da dinâmica da água no solo implica na resolução de diferentes

questões relacionadas, por um lado, com os processos de evapotranspiração e por outro com

os fluxos de água no solo. Para além destes, outros aspectos podem ou não ser levados em

15

conta, tais como a intercepção da precipitação pelas copas e pela folhada e avaliação do

escoamento superficial. Os mecanismos de absorção e posterior liberação de água pelas

raízes, por exemplo, embora sejam relevantes por permitir o transporte de água entre

diferentes profundidades no solo (CALDWELL et al., 1991; BURGESS et al., 1998), estão

entre aqueles que raramente são incluídos nos modelos.

No tocante à evapotranspiração, esta pode ser calculada de diferentes formas,

sendo a mais generalizada a equação de Penman-Monteith (MONTEITH, 1965; TIKTAK;

BOUTEN, 1992; HEIDMANN et al., 2000; WILLIAMS et al., 2001). A componente

transpiração pode ser calculada como uma função de Michaelis-Menten relativamente à

radiação fotossinteticamente ativa (GRACIA et al., 1999). Já em relação aos processos de

evaporação da água do solo e de superfícies úmidas, é frequentemente utilizada a

aproximação proposta por Ritchie (1972) para culturas agrícolas, a qual se baseia numa

relação empírica entre a transpiração potencial e o índice de área foliar (PARUELO; SALA,

1995). Para a simulação dos fluxos de água no solo é necessário determinar suas propriedades

hidráulicas. Trata-se aqui fundamentalmente de determinar as curvas de retenção de umidade

e a condutividade hidráulica do solo não saturado em função do teor de umidade para cada

horizonte ou tipo de solo (HILLEL, 1998; PORTA et al., 1999). Com este objetivo, diversos

autores desenvolveram relações empíricas baseadas na textura do solo e em alguns casos

também no teor de matéria orgânica (MUALEM, 1976; VAN GENUTCHEN, 1980;

VEREECKEN et al., 1989). No entanto, a absorção de água pelas plantas é uma componente

com uma abordagem normalmente simplificada dada a frequente inexistência de dados sobre

a distribuição das raízes no solo.

2.3 Contribuições da determinação da zona efetiva de raízes para a modelagem

hidrossedimentológica do semiárido

Com o anseio de avaliar de forma rápida e precisa os impactos das diferentes

atividades humanas em escala de bacias, surge a modelagem hidrológica que, de acordo com

Malveira (2009), consiste na conexão de equações que representam processos associados

16

dentro do ciclo hidrológico. Para Singh (2002), os modelos têm se tornado ferramentas de

planejamento e decisão, além das clássicas funções de avaliações hidrológicas e, como tal,

devem ser estruturados de forma simples para permitirem sua utilização por diferentes

usuários.

Segundo Medeiros et al. (2010), o transporte de sedimentos no semiárido brasileiro é

regido, fundamentalmente, pela capacidade de transporte do escoamento superficial que, por

sua vez, é fortemente influenciado pelas características hídricas do solo (ARAÚJO;

GONZALEZ-PIEDRA, 2009). Essa constatação foi partilhada, também, por Güntner e

Bronstert (2004, ver também GÜNTNER, 2002), quando da construção do modelo WASA

(Water Availability in Semi-Arid Environment) e de sua aplicação a uma área de 400 mil km2

no semiárido brasileiro. Após análise de sensibilidade, os autores acima citados avaliaram que

os parâmetros, aos quais o modelo é mais sensível, são: (i) resistência estomática; (ii) albedo;

e (iii) profundidade efetiva das raízes. Este último explica-se porque o padrão de

desenvolvimento radicular envolve muitos processos relevantes na interface solo-raiz que são

capazes de alterar o comportamento pedológico nas diferentes respostas hidrológicas.

Medeiros (2009) demonstrou também que a literatura especializada carece de parâmetros

referentes ao semiárido brasileiro, sendo muitas vezes utilizados aqueles de outras regiões

semiáridas (ARAÚJO, 2003) ou mesmo de climas distintos. Por isso, uma das tarefas

fundamentais da modelagem hidrossedimentológica do semiárido brasileiro é sua detalhada

parametrização.

Para Medeiros (2009), a modelagem hidrológica não é tarefa simples, visto que os

processos ocorrem de maneira não linear com a escala espacial. Para Malveira (2009), a

umidade do solo é uma variável importante na compreensão da previsão dos processos

hidrológicos incluindo geração de escoamento, erosão, transporte de sedimento e a interação

entre o solo e a atmosfera. A saturação da camada de solo gera o escoamento superficial,

sendo que a evapotranspiração antecede este evento, ocorrendo também durante a saturação.

Medeiros (2009) sugere uma avaliação mais detalhada da parametrização do

modelo WASA, especialmente dos perfis representativos de solo, visando uma simulação

precisa do balanço de água nesse compartimento. O mesmo autor ainda recomenda que a

avaliação da vegetação de Caatinga nas relações de infiltração e escoamento superficial e/ou

17

na deposição de sedimentos é de fundamental importância para identificar a magnitude deste

parâmetro em diferentes escalas.

As características da distribuição das raízes das plantas individuais refletem-se

diretamente ao nível das comunidades de plantas. O estudo da distribuição das raízes no solo

de uma comunidade de plantas permite, assim, conhecer o potencial de absorção para a água e

para os nutrientes ao longo do perfil do solo e de certa forma enquadrar dentro das estratégias

referidas as espécies que a compõem. O conhecimento da distribuição das raízes no solo

reveste-se de uma importância fundamental sempre que se pretendam representar através de

modelos, os fluxos de água, sedimentos, carbono ou nutrientes numa comunidade de plantas

(FEDDES et al., 2001).

18

3 MATERIAL E MÉTODOS

3.1 Caracterização da área de estudo

A área foco do estudo é a Bacia Experimental de Aiuaba (BEA), que se situa

integralmente na Estação Ecológica de Aiuaba (ESEC de Aiuaba), a maior Unidade de

Conservação Federal do bioma Caatinga, administrada pelo IBAMA. Esta está totalmente

inserida no município de Aiuaba, localizando-se no setor sudoeste ESEC (Figura 1).

Estabelecida em 1978, a ESEC de Aiuaba está associada à manutenção da biodiversidade

florística e faunística do bioma caatinga e representa um importante papel para o ciclo

hidrológico da região devido, principalmente, à sua cobertura florestal densa (ARAÚJO et al.,

2004).

FIGURA 1 - Localização da Bacia Experimental de Aiuaba (BEA) em relação à Estação Ecológica e ao

município de Aiuaba (ARAÚJO et al., 2004).

19

Com uma área de aproximadamente 12 km² controlada por um reservatório (60

mil m3) em seu exutório de coordenadas geográficas 6,42º S e 40,17 W, a BEA, no que diz

respeito a suas variáveis hidrológicas, vem sendo monitorada continuamente pelo Grupo de

Pesquisa Hidrossedimentológica do Semiárido (www.hidrosed.ufc.br) desde janeiro de 2003.

Na BEA a elevação varia de 530 a 670 metros acima do nível do mar, com as

maiores altitudes verificadas ao sul e sudoeste da bacia (Figura 2). Nessas áreas predominam

o relevo plano com declividades inferiores a 3%. Nas proximidades do exutório também se

verificam relevo plano a suave ondulado, enquanto que na metade sul da bacia há a

predominância de relevo ondulado a forte ondulado com declividade que varia de 8 a 45%.

FIGURA 2 - Mapa do modelo digital de elevação da BEA

As formas de relevo representam a superfície da terra, qualificam as condições de

declividade, o comprimento de encostas e a configuração superficial dos terrenos, que afetam

as formas de modelado (formas topográficas) de áreas de ocorrência das unidades de solo

(EMBRAPA, 2006), (Figura 3).

20

FIGURA 3 - Mapa do relevo da BEA de acordo com EMBRAPA (2006).

3.1.1 Clima

A BEA apresenta boa instrumentação em relação à realidade do monitoramento

climatológico na maioria dos países em desenvolvimento, contando com três estações

pluviométricas distribuídas na bacia.

Os dados pluviométricos do posto da Estação Ecológica do município de Aiuaba

(1979-2006) foram sistematizados por Creutzfeldt (2006), mostrando uma estação chuvosa e

uma seca bem definidas, sendo a primeira entre Dezembro/Janeiro a Maio, com coeficiente de

variação interanual de 0,40 e a maior proporção da precipitação anual sendo concentrada em

eventos chuvosos isolados com valores máximos acima de 160 mm.

A área de estudo apresenta, segundo Costa (2007), pouca amplitude térmica diária

relacionada a temperatura média anual (27ºC); temperatura máxima média anual de 32ºC;

temperatura mínima média anual de 21ºC; umidade relativa do ar média anual de 62%, com

máxima em abril de 78% e mínima em setembro de 44%; e insolação total média anual de

21

2.540 horas, com máxima em agosto de 310 horas e mínima em março de 148 horas (INMET,

1992).

3.1.2 Vegetação

A vegetação presente na BEA é tipicamente caducifólia. A vegetação

predominante é a Caatinga, termo que, segundo Lemos (2006), é utilizado no Nordeste

brasileiro “para designar qualquer comunidade vegetal padronizada pelo seu aspecto

fisionômico, resultante da caducifolia de suas espécies no período seco, refletindo a

semiaridez no chamado Polígono das Secas”. Apresentam exuberância arbórea no período em

que as plantas apresentam o ápice vegetativo (período chuvoso) e perda total das folhas da

maioria da plantas (Figura 4) como forma adaptativa ao período de estiagem, característico da

região semiárida.

FIGURA 4 - Vegetação de Caatinga na Estação Ecológica de Aiuaba no período seco à esquerda e no período

chuvoso à direita (MEDEIROS, 2009).

A área do estudo tem a maior parte da sua vegetação classificada como Caatinga

Arbórea Densa e sub-classe Floresta seca em superfície dessecada (Figura 4) e caracteriza-se,

segundo Creutzfeldt (2006), como vegetação densa, apresentando estrato arbóreo com altura

comumente entre 10 a 12 m, podendo algumas árvores chegar a 15 m de altura. Entre as

22

plantas presentes nesta classificação três espécies se destacam por sua frequência:

Catingueira, Angelim e Jurema-preta.

O Angelim, Piptadenia obliqua, é muito presente no semiárido. Em alguns locais

seu porte supera as demais espécies se tornando predominante em muitas áreas da Estação

Ecológica de Aiuaba (MEDEIROS, 2004).

A catingueira, Caesalpinia pyramidalis Tul, é uma das espécies de mais ampla

dispersão no Nordeste semiárido, podendo ser encontrada em diversas associações vegetais,

crescendo tanto nas várzeas úmidas, atingindo mais de 10m de altura e diâmetro de até 0,5m,

ou, como no Seridó semiárido, quando se reduz a arbustos com menos de 2m de altura e

poucos centímetros de diâmetros (MAIA, 2004).

Ainda de acordo com Maia (2004), a catingueira perde as folhas na estação seca e

é uma das primeiras árvores a rebrotar com o início das chuvas. Em aproximadamente 30 dias

após o começo da estação chuvosa, as plantas alcançam vegetação plena. O início da queda

das folhas pode ocorrer a partir de maio nos anos secos ou de agosto a outubro, estando a

planta em dormência de outubro a novembro, com a queda total das folhas.

A jurema preta, Mimosa tenuiflora (Willd.) Poir, é uma árvore com caule ereto ou

tortuoso, podendo alcançar até os 7 m de altura. Tem como principal característica uma

capacidade peculiar de se desenvolver bem em terrenos diversos, desde aqueles profundos de

alta fertilidade àqueles que sofreram decapitação dos horizontes de superfície, restando

apenas o subsolo. As raízes têm uma alta capacidade de penetração nos terrenos compactos. É

uma espécie indicadora de uma possível sucessão secundária progressiva ou de recuperação e

sua tendência ao longo do processo é de redução da densidade. Perde boa parte da folhagem

durante a estação seca, rebrotando logo com as primeiras chuvas. Floresce durante um longo

período do ano, predominando, entretanto, nos meses de setembro a janeiro (MAIA, 2004).

23

3.2 Método de análise das raízes

Os fatores que determinam a escolha de um método analítico dependem, entre

outros, do objetivo do estudo, da facilidade na coleta dos dados e da disponibilidade de

recursos. Em relação aos estudos de sistema radicular, as avaliações têm sido efetuadas, em

geral, de duas maneiras: avaliação diretamente no perfil do solo ou através de raízes lavadas

obtidas por diferentes métodos de coleta. Em ambos, aplica-se perfeitamente o processamento

de imagens como uma das formas de aumentar a precisão e tempo de análise (JORGE, 2006).

Por vezes os métodos de estudo das raízes foram “compilados” (BÖHM, 1979;

BOX Jr., 1996) no intuito de fornecer aos interessados uma base sólida de aprendizado e de

comparação, facilitando a escolha do mais apropriado. Nestas compilações, os métodos mais

usuais e amplamente discutidos são: escavação; monolito; trado; perfil de parede; parede de

vidro e recipiente, cada um com suas vantagens, desvantagens e aplicabilidade (JORGE,

2006).

Enquanto o peso seco das raízes sempre foi o parâmetro mais comum e facilmente

medido a partir de raízes lavadas, o comprimento e o diâmetro das raízes sempre foram muito

demorados e trabalhosos de se determinar. Somente com o desenvolvimento de técnicas de

análise de imagem estes dois parâmetros passaram a ser mais usualmente estudados neste tipo

de amostra (BOX Jr., 1996). Grandes esforços neste sentido foram conduzidos por estudiosos

de raízes no mundo todo, desenvolvendo técnicas que utilizam imagens digitais (JORGE;

CRESTANA, 2005) e um destes esforços é o método do SIARCS (Sistema Integrado de

Análise de Raízes e Cobertura do Solo) lançado em 1996 (EMBRAPA, 1996).

Os resultados com o SIARCS apresentados por Crestana et al. (1994) mostraram a

viabilidade da metodologia na avaliação da distribuição do sistema radicular de plantas

cultivadas. A partir deste, vários trabalhos foram realizados em diferentes culturas, tais como:

milho (BASSOI et al., 1994a; BASSOI et al., 1994b; ABI SAAB et al., 1996; JORGE et al.,

1996), forrageiras (ROCHA FILHO et al., 1996), soja (CRESTANA et al., 1994), videira

(BASSOI; ASSIS, 1996), citrus (CINTRA; NEVES, 1996); e sistemas de manejo, tais como:

semeadura direta e preparo convencional (FANTE Jr. et al., 1994).

De forma geral, a avaliação de raízes com o SIARCS tem sido efetuada de duas

maneiras: diretamente no perfil de solo ou através de raízes lavadas (BOHM, 1979), levando

24

em conta o custo, a precisão e o tempo de análise. No presente trabalho foi utilizado o método

de análise diretamente no perfil de solo.

3.2.1 Descrição e variações do método do perfil de solo

Este método pode também ser denominado de Método da Trincheira (JORGE,

1996) e fundamenta-se na abertura de trincheiras para melhor visualização e avaliação da

distribuição das raízes da planta em estudo. A avaliação da distribuição de raízes in situ,

consiste em cavar uma trincheira ao lado da planta e remover uma fina camada da parede do

perfil, de modo a expor as raízes, que depois são contadas e registradas em desenhos ou

tabelas (BOHM, 1979). Uma variação do método, no qual os perfis de raízes são filmados,

tem sido utilizada para análise a partir de imagens digitais (JORGE, 1996).

Ainda de acordo com Jorge (1996), o estudo do perfil de raízes fornece

informações com bom nível de precisão a serem incorporadas ao sistema de produção

agrícola, sendo algumas destas citadas a seguir:

� Recomendação de cultivares: avaliações de comportamentos, desenvolvimento e

densidade de raízes na rizosfera de cultivares a serem lançados no mercado;

� Tecnologia de cultivo: avaliações do perfil de enraizamento de diferentes cultivares ou

espécies sob condições diferenciadas de sistemas de manejo do solo;

� Estudos sobre compactação: avaliação e diagnóstico do desenvolvimento radicular sob

condições de solo compactado, correlacionando o comportamento da distribuição de

raízes no perfil em função da profundidade de ocorrência;

� Maior entendimento da interface solo–raiz: possibilita se obter uma visão morfológica do

perfil do solo através de densidade, morfologia, diâmetro, ramificações, disposição e

orientação das raízes;

� Avaliação de fatores edáficos: analisando-se os dados do perfil de enraizamento de uma

determinada planta, tem-se uma comparação destes com os parâmetros físicos, químicos

e biológicos do solo.

25

Para obtenção dos dados, pode ser feita uma contagem a partir da exposição das

raízes na tela reticulada. Uma outra variação é a anotação da presença ou da ausência das

raízes, utilizando a mesma tela. Outra forma ainda é a análise de imagens do perfil de solo

com raízes (JORGE et al., 1999).

Como comentado anteriormente, o método de avaliação depende dos objetivos do

trabalho. Quando se deseja saber os efeitos do manejo do solo, é suficiente a avaliação da

distribuição das raízes no perfil pelas anotações de presença ou ausência. Quando se busca

avaliar o efeito de determinados tratamentos no desenvolvimento das plantas ou no sistema

radicular, a técnica da contagem se faz suficiente, porém não mantém o registro dos perfis.

Pode-se ainda atribuir notas às raízes, classificando-as conforme os diferentes tamanhos

encontrados. Ainda no campo, são encontradas anotações como: tipo, diâmetro, disposição,

orientação e localização das raízes no perfil do solo. A forma mais fácil de eliminar a

subjetividade encontrada nestas análises, manter registro dos dados e melhorar a precisão é

através do processamento de imagens, conforme relata Jorge (1999), quando descreveu o

SIARCS, metodologia para análise de raízes em perfil do solo por processamento de imagens.

A partir de imagens digitalizadas dos perfis pode-se determinar o comprimento, a distribuição

e a área ocupada pelas raízes (CRESTANA et al., 1994; GUIMARÃES et al., 1996; JORGE;

CRESTANA, 2005).

Para este trabalho foi utilizado o método da trincheira por meio de imagens

digitalizadas dos perfis de solo, a fim de se determinar os valores de comprimento e área de

raízes.

3.3 Procedimentos das amostragens

Para cada tipo de cultura é definida uma condição para abertura de trincheira:

posição, comprimento, largura e profundidade (JORGE et al., 1996; JORGE, 1999;

MEDINA, 1999). No entanto, não existe uma metodologia específica quando se trata de

plantas nativas. Desse modo, algumas adaptações de campo se fizeram necessárias.

26

Como se trata de uma vegetação nativa, com espaçamento irregular das plantas,

fica praticamente inviável a caracterização do sistema radicular por planta individual pelo

método da trincheira e imagens digitais. Desse modo, considerou-se os diferentes padrões de

desenvolvimento da distribuição radicular (fator de competição) que, segundo Atkinson

(1978); Casper e Jackson (1997), é responsável por importantes modificações em nível de

distribuição das raízes no solo.

Assim, assumiu-se que um aglomerado de espécies representasse a profundidade

das raízes de determinada classe de vegetação. Para isso, associou-se uma planta referência de

maior porte com caule lenhoso e as demais plantas subarbustivas neste aglomerado.

A escolha das espécies para a determinação da profundidade efetiva do sistema

radicular da vegetação da Bacia Experimental de Aiuaba se deu pela freqüência das mesmas

nos diferentes tipos de solos da região estudada. Assim, assumiu-se que a associação de

plantas que apresenta a catingueira, Caesalpinia pyramidalis Tul. como planta de referência

do solo tipo Podzólico vermelho amarelho eutrófico (Argissolo), predominante nas

proximidades da Estação Pluviométrica 1 (EP1) (Figura 5) representem o componente de solo

e vegetação. Foram escolhidos o Angelim, Piptadenia obliqua (Pers.) Macbr. e o solo Bruno

não cálcico (Luvissolo) representativo da EP2 e a Jurema preta, Mimosa tenuiflora (Willd.)

Poir, associada ao solo tipo Latossolo vermelho amarelo álico predominante na EP3.

27

FIGURA 5- Espacialização das estações pluviométricas, representando as associações de solo e vegetação.

Foram abertas três trincheiras (Figura 6) para cada tipo de associação de plantas

por período de estudo e avaliados os quatro perfis de cada trincheira, denominados de Perfil A

(mais próximo à planta referência), Perfil B (ao lado da planta referência), Perfil C (oposto à

planta referência) e Perfil D (ao lado da planta referência) (Figura 7), totalizando 12 perfis por

tipo de associação por período de estudo, final da estação úmida e final da estação seca.

FIGURA 6 - Etapa de abertura das trincheiras, período seco à esquerda e úmido à direita

FIGURA 7 – Trincheira evidenciando os quatro perfis avaliados associados a uma planta de referência.

Para a análise das imagens, é imprescindível que haja um bom contraste entre as

raízes e o solo, o que nem sempre é conseguido com o preparo do perfil. Em alguns casos, é

28

necessário um tratamento complementar, que pode envolver desde a pintura de todo o perfil,

até o simples umedecimento através de um pulverizador costal, e conseqüente escurecimento

do solo. No atual trabalho para a obtenção de um melhor contraste entre as raízes e o solo

utilizou-se, antes do registro das imagens, tinta spray branca e um escarificador manual para

proceder a raspagem do solo envolto às raízes.

A obtenção da imagem digital deve ser feita levando-se em consideração alguns

fatores: a delimitação da área a ser analisada, a identificação da quadrícula, a quantidade de

luz incidente e a posição da câmera em relação ao perfil. A delimitação da área a ser

fotografada foi feita com o auxílio de um sistema reticulado. Para demarcação do perfil do

solo foi utilizada uma tela reticulada, feita com ferro e barbante, nas dimensões de 1,0 m x 1,0

m dividida em 25 quadrículas de 0,2 m x 0,2 m (Figura 8). Após o procedimento de divisão

do perfil para a tomada das imagens, fez-se necessária a identificação de cada uma das

quadrículas visando facilitar o processo de digitalização das imagens.

FIGURA 8 – Perfil com tela reticulada de 1,0 m x 1,0 m dividido em quadrículas de 0,2 m x 0,2 m.

Contornados os problemas de iluminação, iniciou-se a obtenção das imagens do

perfil. Nesta etapa, tomou-se o máximo de cuidado com o posicionamento da câmara, que

deve ser disposta perpendicularmente ao perfil a ser analisado, evitando-se ângulos na

29

fotografia, procurando posicionar a câmera sempre perpendicular ao eixo central da

quadrícula a ser digitalizada.

Ao final do trabalho, para caracterização da profundidade das raízes foram

avaliadas aproximadamente 1800 imagens digitais nos 72 perfis na Bacia Experimental de

Aiuaba. O registro das imagens digitais, de cada quadrícula, foi feito perpendicularmente à

distância de 0,5 m do perfil, com máquina fotográfica digital com 5.0 megapixels de

resolução. As imagens obtidas de cada quadrícula foram processadas no Software de

manipulação de imagens (Figura 9) que permitiu melhorar a qualidade de resolução das

mesmas e configurar as imagens no formato aceito pelo SIARCS (Sistema Integrado para

Análise de Raízes e Cobertura de Solo).

Após aquisição e conversão das imagens, iniciou-se o processamento (Figura 10),

determinando-se o comprimento e área das raízes de cada perfil avaliado.

FIGURA 9 - Quadrícula (0,2 m x 0,2 m) subdividindo o perfil da trincheira (à esquerda) e mesma imagem

processada no software de manipulação de imagens (à direita).

30

FIGURA 10- Imagens processadas no software SIARCS, imagem binariazada à esquerda (determinação de área)

e à direita a mesma imagem afinada (determinação do comprimento).

Arruda (1989) define a profundidade efetiva (Pe) das raízes como a profundidade

do perfil do solo onde se encontram, pelo menos, 80% do total do sistema radicular. Nesta

pesquisa foi considerada profundidade efetiva de cada perfil, aquela que apresentou, pelo

menos, 90% das raízes, a fim de melhor caracterizar o desenvolvimento vertical das raízes nos

perfis de solo. Boni et al. (2008) recomendam que a profundidade efetiva é a faixa de solo

onde se deve monitorar o movimento da água. Bassoi et al. (2000) afirmam que a

concentração de raízes, obtida apartir do percentual acumulado do comprimento das raízes é

o método que apresenta os melhores valores de correlação para análise de profundidade

efetiva, modelo este adotado para o trabalho que se segue.

Foi determinado também um índice de cobertura do perfil ( ICP) em percentual de

área de raízes correspondente à profundidade efetiva de cada perfil. Exemplo: se um

determinado perfil possui uma profundidade efetiva de 0,5 m e sabendo que a grade reticulada

possui 1,0 m de largura, deseja-se saber que percentual desse 0,5 m² está coberto por raízes.

Os valores de profundidade efetiva e índice de cobertura do perfil foram submetidos a uma

análise de variância pelo Software SISVAR e as médias foram comparadas pelo teste de

Scott-knott em nível de significância de 1%.

31

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Aplicando os valores de profundidade efetiva de cada perfil a uma análise de

variância foi observado que os perfis não diferiram entre si, mostrando que

independentemente de existir uma planta como referência, 90% do comprimento de raízes

estarão numa mesma profundidade (Tabela 1 e Figura 11). De acordo com Feddes et al.

(2001), as características da distribuição das raízes das plantas individuais refletem-se

diretamente em nível das comunidades de plantas, mostrando que o estudo da distribuição das

raízes nas comunidades permite conhecer melhor o potencial de absorção de água e

nutrientes. Assim, infere-se que a não diferenciação entre os perfis avaliados, se dá pela

significativa interação entre o padrão de distribuição das raízes das diferentes associações de

plantas dentro das comunidades vegetais da bacia. Isso provavelmente se dá pelo fato de a

bacia estar inserida dentro de uma reserva. Desse modo, o comprimento de raízes possui uma

profundidade uniforme associada aos seus respectivos tipos de solo.

32

Tabela 1. Resultado da análise de variância para profundidade efetiva (Pe), apartir do comprimento acumulado

de raízes (cm) na Bacia Experimental de Aiuaba

Perfis de solo Pe média

(m)

Resultados do teste*

(agrupamento)

Perfil A (mais próximo da árvore) 0,60 a

Perfil B (lateral em relação à árvore) 0,58 a

Perfil C (oposto à árvore) 0,54 a

Perfil D (lateral em relação à árvore) 0,56 a

Tipos de solo - -

Latossolo 0,36 a

Luvissolo 0,63 b

Argissolo 0,73 c

Variação intra-anual para toda a bacia - -

Período úmido 0,63 a

Período seco 0,52 b

Variação intra-anual considerando apenas o

Argissolo e o Luvissolo

- -

Período úmido 0,73 a

Período seco 0,63 b

*Médias seguidas da mesma letra, não diferem entre si pelo teste de Scott-Knott a 1% de probabilidade

33

FIGURA 11 – Distribuição radicular para os diferentes perfis avaliados na BEA.

FIGURA 12 – Distribuição radicular para os três componentes de solo-vegetacional da BEA.

34

FIGURA 13 - Distribuição radicular para os diferentes períodos avaliados na BEA.

Em nível de solo foi observado que o componente vegetacional presente no

Argissolo (EP1) explora os perfis numa maior profundidade, atingindo 90% de comprimento

de raízes aos 0,73 m de profundidade, seguido pelo Luvissolo (EP2) e Latossolo (EP3),

Tabela 1 e Figura 12. O componente solo-vegetacional da EP1 é caracterizado por um solo

mais profundo, valor médio de 1,0 m de profundidade e vegetação mais robusta quanto ao

porte. Na EP2, o Luvissolo se mostrou numa menor profundidade, média 0,8 m, e o

componente vegetacional se apresenta numa maior densidade de plantas, porém num porte

menor. Já na EP3, o Latossolo apresentou uma camada de restrição à penetração,

apresentando uma profundidade media de 0,4 m, tendo a jurema preta como representante,

que segundo Maia (2004), é uma planta que apresenta alta capacidade de penetração nos

terrenos compactos, portanto, a maior freqüência dessa planta no Latossolo da EP3 pode ser

explicada por esta característica adaptativa.

Na avaliação dos períodos foi verificado que houve uma distinção entre estes,

ocorrendo uma redução de até 0,1 m da profundidade explorada no período seco (0,52 m) em

relação ao período úmido (0,63 m), Tabela 1 e Figura 13. Avaliando estatisticamente esta

variação de profundidade efetiva, desconsiderando o Latossolo que apresentou uma camada

de impedimento, e analisando apenas a vegetação do Argissolo e do Luvissolo, verificou-se

que a média do período úmido foi de 0,73 m contra 0,63 m do período seco, mostrando que

embora seja desconsiderado o Latossolo, mantém-se a mesma diferença intra-anual. De

acordo com Güntner (2002), a profundidade efetiva apresenta variação temporal em alguns

35

modelos hidrológicos. Canadell e Zedler (1995); Fitter (1996) afirmam que os padrões de

enraizamento existentes na natureza estão condicionados a fatores genéticos e ambientais,

desse modo, os sistemas radiculares podem apresentar variações no perfil de desenvolvimento

tanto entre espécies como dentre espécies, variando com o local, plantas vizinhas, estágio de

desenvolvimento e genótipo.

Normalmente, por se tratar de profundidade efetiva de componentes vegetacionais

de uma região semiárida, esperar-se-ia que uma maior profundidade de solo fosse explorada,

porém para Creswell e Martin (1998), as plantas de regiões áridas e semiáridas apresentam

comportamentos na exploração do solo de dois modos: existem aquelas que aumentam a

profundidade radicular e existe outro grupo que aumenta a extensão das raízes na superfície,

de forma tal que ambas possuem grande habilidade de retirar água do solo (Figura 14).

FIGURA 14 – Comportamento de crescimento lateral das raízes da vegetação da BEA.

Por outro lado, Kleidon e Heimann (2000) avaliaram o impacto da redução da

profundidade das raízes no clima regional na Amazônia, tendo observado que, durante a

estação seca, houve redução acentuada na quantidade de energia disponível para a

evapotranspiração e, conseqüentemente, menos umidade perdida para a atmosfera. Além

disso, os autores observaram que, nas florestas tropicais, o aumento na profundidade de raiz

conduziu ao aumento na evapotranspiração. Nesta ótica de discussão, poderíamos inferir que

os resultados de redução da camada de exploração de solo no período seco, mostrado pelo

36

atual trabalho, poderiam caracterizar uma forma de diminuir a disponibilidade hídrica na zona

efetiva de raízes, visando o menor uso. Por conseqüência, menor volume de água seria

disponibilizado ao processo de evapotranspiração e renovação de tecidos, uma vez que a

grande maioria das plantas do bioma Caatinga perde suas folhas no período seco, processo

este conhecido como caducifolia, entrando em “dormência”. Dessa maneira o uso de água na

zona efetiva de raízes poderia ser suprimido sem prejuízos aos processos fisiológicos do

vegetal.

Hahmann e Dickinson (1997), estudando o efeito das simulações do

desmatamento em larga escala na Amazônia, observaram que houve uma redução no

escoamento superficial e da umidade do solo nas zonas de raiz, e que a umidade do solo foi

reduzida por alterações na profundidade das raízes.

Muitos autores abordam a dinâmica da água no solo na zona de raízes: Coelho e

Or (1996, 1998 e 1999); De Jong Van Lier (2001); Klein e Libardi (2002); Chicota et al.

(2006, 2008) e Faria et al. (2009) consideram que a umidade nas camadas mais superficiais

do solo influencia consideravelmente os processos hidrológicos de escoamento superficial,

evaporação e evapotranspiração. Desse modo fica evidente a importância do estudo da zona

efetiva de raízes, como também o estudo da dinâmica intra-anual de tal parâmetro dentro das

diferentes associações de plantas e solos quando se objetiva estudar disponibilidade hídrica.

Um dos fatores importantes é o quanto da área de raízes corresponde à área do

perfil representativo de solo na profundidade efetiva correspondente. Assim, se calculou um

Índice de Cobertura do Perfil (ICP). Este índice mostra qual porcentual da área do perfil está

coberta por raízes (Tabela 2) que, de acordo com Bronick et al. (2005), afeta

significativamente a estabilidade dos agregados do solo. O objetivo de tal índice é de também

mostrar que, apesar de a profundidade efetiva não diferir entre os perfis, a árvore referência

contribui com maior área de raízes dentro do perfil mais próximo a ela (perfil A), devido à

presença de raízes com maior diâmetro que contribuem substancialmente para os valores do

ICP naquele perfil. Nota-se que, ao considerar a profundidade efetiva no cálculo da área do

perfil, os solos menos profundos, com sérias limitações à penetração, tendem a possuir maior

cobertura porque as raízes se acumulam nas camadas superficiais. Este é o caso da EP3

(Latossolo), onde a profundidade efetiva média da raízes foi de 0,36 m, obtendo um índice de

cobertura de 9,6%. O Luvissolo (EP2), que apresentou profundidade efetiva média de 0,63 m,

37

mostrou que 8% dos perfis estão cobertos pela massa de raízes. Este valor se deve à maior

densidade de plantas da EP2 que, por conseqüência, também contribuiu para os maiores

valores de área total de raízes (Tabela 3). No Argissolo (EP1) foram observados os menores

valores de cobertura (2,9%), que se explica pelo fato de ser o solo com maior profundidade

efetiva (0,73m) e de apresentar vegetação mais robusta e mais esparsa, tendo assim, menor

contribuição de área de raízes nas camadas de solo (Tabela 3).

Tabela 2. Índice de Cobertura do Perfil (ICP) em percentual e análise de agrupamento, para os diferentes perfis,

solos e períodos de avaliação

Perfis de solo ICP (%) Resultados do teste*

(agrupamento)

Perfil A (mais próximo da árvore) 9,2 a

Perfil B (lateral em relação à árvore) 6,7 b

Perfil C (oposto à árvore) 5,8 b

Perfil D (lateral em relação à árvore) 5,6 b

Tipos de solo - -

Latossolo 9,6 a

Luvissolo 8,0 a

Argissolo 2,9 b

Períodos avaliados - -

Período úmido 6,2 a

Período seco 7,4 a

*Médias seguidas da mesma letra, não diferem entre si pelo teste de Scott-Knott a 0,01 de probabilidade

Tabela 3. Área total média de raízes (cm²) para os perfis representativos dos três tipos de solos existentes na

Bacia Experimental de Aiuaba e para os dois períodos de avaliação

Tipo de solo Período úmido (cm²) Período seco (cm²)

Argissolo 234,3 163,9

Luvissolo 433,5 478,13

Latossolo 355,8 315,7

38

O ICP não diferiu estatisticamente em nível de significância de 1% para os

períodos de avaliação, o que condiz com o esperado, visto que as raízes presentes na primeira

estação (período úmido) permanecem no solo na segunda estação (período seco), contribuindo

também para os valores de área no cômputo final. Provavelmente ocorra uma sazonalidade na

emissão de raízes, mas para tal conclusão se faria necessária uma análise da atividade de

raízes, estudo este não abordado nessa pesquisa.

São clássicas as funções benéficas da Matéria Orgânica (MO) sobre as

propriedades do solo, dentre elas se destacam: retenção de água, agregação, disponibilidade

de nutrientes, Capacidade de Troca de Cátions (CTC) etc. De acordo com a Tabela 4, pode-se

observar que o teor de MO seguiu a mesma tendência do ICP para os diferentes solos,

assumindo que esse índice tem relação direta com o teor de MO no solo. Analisando os

diferentes solos da bacia, verifica-se que o Luvissolo e o Latossolo possuem os maiores teores

de MO. O Latossolo, quando comparado com os demais solos da bacia, mesmo com

profundidade média de 0,4 m, possui quantidade considerável de MO, que provavelmente se

deve à significativa área de raízes concentrada nas camadas superficiais do mesmo.

Tabela 4. Granulometria, densidade do solo, densidade de partículas (ρ part), porosidade (α) e teores de matéria

orgânica (MO) para os três tipos de solo da BEA (LOPES, et al., 2010)

Solo Areia Silte Argila ρsolo ρpart α MO

% g cm-3 % g kg-1

Argissolo 35 54 11 1,44 2,56 43,70 9,83

Luvissolo 31 48 21 1,21 2,58 52,87 23,38

Latossolo 61 35 4 1,47 2,52 41,40 19,55

Para Bronick et al. (2005) as raízes das plantas e a sua rizosfera têm vários

efeitos na agregação do solo. As raízes emaranham e realinham as partículas do solo e liberam

exsudados que resultam nas alterações físicas, químicas e biológicas que influenciam sua

agregação. Tal agregação tende a ser mais forte com o aumento do comprimento das raízes,

associações microbianas e percentagem de cobertura, afetando significativamente a

estabilização dos agregados no solo. As raízes aumentam o ciclo de umedecimento e secagem

do solo adjacente, que pode aumentar a estabilidade de agregados em alguns casos e reduzir

em outro, possivelmente em função do tipo de argila.

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5 CONCLUSÕES

Os resultados desta pesquisa nos permitem concluir que: (i) a profundidade

efetiva das raízes da Caatinga variou de 0,36 m a 0,73 m; (ii) as profundidades efetivas dos

diferentes perfis1 (A, B, C e D) não diferiram estatisticamente para 1% de significância,

inferindo que, em uma área de Caatinga preservada, a camada de solo explorada pelas

diferentes espécies tende a um padrão uniforme; (iii) as profundidades das raízes nas

estações úmida e seca diferem estatisticamente, sendo até 0,1 m menores no período seco,

mostrando que, no bioma Caatinga, a vegetação apresenta traços de adaptação intra-anual ao

nível de sistema radicular; (iv) o percentual de cobertura do perfil variou de 3% a 10%, sendo

os maiores valores registrados no solo com sérias limitações à penetração, possuindo quase a

totalidade da área de raízes restrita às primeiras camadas de solo e (v) os parâmetros de

profundidade efetiva das raízes encontrados nesta pesquisa são até 2,5 vezes menores que

aqueles comumente usados na aplicação de modelos hidrossedimentológicos (Medeiros,

2009; Malveira, 2009; Güntner e Bronstert, 2004). Conclui-se, portanto, que os parâmetros

aqui encontrados devam ser utilizados na modelagem hidrossedimentológica, em substituição

àqueles anteriormente adotados e que a significativa variabilidade de tais parâmetros dentro

das diferentes associações com os tipos de solo devam também ser considerado.

1 Lado A (mais próximo da árvore referência); Lado B (lateral em relação a árvore referência); Lado C (oposto à

árvore referência) e Lado D (lateral em relação a árvore referência).

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6 RECOMENDAÇÕES

Como recomendação desta pesquisa, sugere-se uma avaliação mais detalhada do

comportamento da variação intra-anual da profundidade efetiva das raízes (Pe), visto que o

padrão de desenvolvimento radicular das plantas de um modo geral está condicionado a

fatores pedológicos e àqueles inerentes ao próprio vegetal, como características genéticas da

planta e idade. Portanto, os resultados de variação intra-anual entre as estações úmida e seca

encontrados nessa pesquisa podem estar relacionados com determinadas manchas de solo ou

até mesmo com o diferencial genético individual das espécies. Também se sabe que a

influência da comunidade de plantas é relevante, modificando o comportamento das plantas

individualmente, dificultando a identificação das raízes de espécies individuais. Outra questão

a ser ponderada nestes resultados de variação intra-anual é que o método da trincheira permite

apenas identificar comprimento e área de raízes, enquanto que para melhor detalhamento

desta possível variação intra-anual, seria interessante que se procedesse a uma avaliação da

atividade de raízes. Ou seja, que analise o comprimento de raízes que de fato está

contribuindo para a absorção de solutos do solo, de forma a permitir averiguar se há variação

na profundidade efetiva do comprimento total de raízes ativas.

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