universidade federal do rio grande do norte … · do semiárido na qualidade da água de um...

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





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


iii




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 reservatório s ......................................... 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 fós foro 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 loc alizado em região

semiárida.......................................... .........................................................................37

ix

RESUMO................................................................................................................... 37

ABSTRACT .......................................... ..................................................................... 38

INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 39


RESULTADOS ........................................ .................................................................. 44

DISCUSSÃO ............................................................................................................. 54

CONCLUSÕES ......................................................................................................... 59


CAPÍTULO 3 - Qualidade de solos sob diferentes usos e seu potencial em

disponibilizar poluentes para um reservatório local izado em região

semiárida.......................................... .........................................................................63

RESUMO................................................................................................................... 63

ABSTRACT .......................................... ..................................................................... 64

INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 65


RESULTADOS ........................................ .................................................................. 73

DISCUSSÃO ............................................................................................................. 78

CONCLUSÕES ......................................................................................................... 86


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 não-

pontuais 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 deve-

se 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.mês-

1) 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 (Equação 3) Carga total entrada P x 100

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) (Equação 4) AL

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 (Equação 5) Z 3

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.

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

Ultra oligotrófico

Oligotrófico

Mesotrófico

Eutrófico Hiperutrófico Distribuição de

probabilidade

Clorofila-a

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).

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

Precipitação Abr/11 a Abr/12

Precipitação média mensal no período de 1911 a 2011

chuva seca

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).

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 Saída Vol. rios (m³) 9.122.948 Vol. Evaporado (m³) 3.617.541 Vol. chuva (m³) 779.640 Vol. Demanda/vertido (m³) 8.316.077 Vol. Total entrada (m³) 9.902.588 Vol. Total saída (m³) 11.933.619

Déficit = 2.031.030 m³

chuva seca

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) A (106 m²) Z(m) = V/A Q (106 m³.mês -1) Tw = V/Q (dias) 7,67 2,54 3,02 0,75 304

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 (106 m³) Conc. P total (g.m-3) Carga de fósforo (kg.ano-1)

Rios 9,1 0,2 1985,45 Precipitação 0,78 0,017 14,47 Total entrada 9,88 0,217 1999,92

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 (106 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

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 Valor Carga de fósforo por unidade área (L(P)) 0,63 g.m-2.ano-1

Tempo de residência da água (Tw) 303 dias Profundidade média (Zmed) 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.

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.

Ultra oligotrófico

Mesotrófico 52%

Eutrófico 38%

Hipereutrófico e oligotrófico 5 %

28

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

Ultra oligotrófico

Oligotrófico

Mesotrófico

Eutrófico Hipereutrófico Distribuição de

probabilidade

Clorofila-a

Hipereutrófico 49%

Eutrófico 47%

Mesotrófico 4%

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

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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37

Capítulo 2

INFLUÊNCIA DA SAZONALIDADE REGIDA PELO REGIME HIDRO LÓGICO NAS

CARACTERÍSTICAS LIMNOLÓGICAS DE UM RESERVATÓRIO LOC ALIZADO

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 não-paramétricas (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 spatio-temporal 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 Período chuvoso Período seco

Secchi (m) 1,03 - 1,45 0,40 - 1,70

(1,26 + 0,14) (0,85 + 0,33)

Zeu (m) 3,09 - 4,35 1,20 - 5,10

(3,79 + 0,42) (2,55 + 0,98)

T água (°C) 25,80 - 28,30 24,30 - 27,22

(26,90 + 0,90) (26,06 + 0,82)

Cond (µS.cm-1) 630,00 - 869,00 761,00 - 1012,00

(723,42 + 100,08) (883,44 + 74,72)

pH 6,29 - 7,11 6,89 - 8,70

(6,75 + 0,29) (8,01 + 0,40)

Turbidez (NTU) 8,00 - 12,50 11,00 - 36,20

(10,23 + 1,05) (16,49 + 6,99)

OD (mg.l-1) 5,77 - 7,10 5,34 - 7,89

(6,36 + 0,43) (6,88 + 0,65)

SST (mg.l-1) 1,75 - 8,80 0,80 - 16,80

(5,23 + 2,10) (8,38 + 3,77)

SSF (mg.l-1) 0,00 - 4,80 0,00 - 6,40

(2,72 + 1,43) (2,61 + 1,60)

SSV (mg.l-1) 0,00 - 5,60 0,40 - 10,80

(2,51 + 1,68) (5,76 + 2,70)

PT (µg.l-1) 96,71 - 149,57 24,33 - 70,83

(116,06 + 19,34) (49,79 + 13,68)

FSR (µg.l-1) 79,57 - 131,00 0,00 - 43,14

(102,43 + 19,78) (7,46 + 13,38)

NO3--N (µg.l-1)

420,00 - 1357,50 108,89 - 434,00

(693,96 + 259,56) (271,72 + 85,01)

NH4- N (µg.l-1) 447,73 - 783,15 365,84 – 872,84

(580,34 + 92,80) (555,34 +120,23)

Clorofila-a (µg.l-1) 7,80 – 16,64 6,14 - 80,60

(13,30 + 2,81) (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

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).

(A) (B)

chuva seca chuva seca

(C

chuva seca

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.

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).

Chuva seca

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).

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

Chuva seca

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).

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.

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.

Chuva seca

Chuva seca

52

Correlações entre as variáveis limnológicas e meteo rológicas

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

mensais, sem evidência de gradientes espaciais no reservatório (fig. 16).

1Mai

2Mai

3Mai

4Mai

1Jn

2Jn

3Jn

4Jn

1Jl

2Jl

3Jl

4Jl

1Ag2Ag

3Ag 4Ag

1Se2Se

3Se4Se

1Ou

2Ou3Ou

4Ou

1Nv2Nv

3Nv

4Nv 1Dz

2Dz

3Dz

4Dz

1Ja

2Ja

3Ja

4Ja

1Fe

2Fe

3Fe

4Fe

1Ma2Ma

3Ma

4Ma

T

Cond

pH

%OD

SSF

SSV

Turb

PT

NO3-

FSRCla

Zeu

NH3Pluv

Evapo

Vol.

Área sup

41.35%

24.3

1%

periodo

chuvaseca

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.

Gradiente de sazonalidade regida pelo regime hidrológico

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 condições de limitação por

fósforo ao crescimento 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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Capítulo 3

QUALIDADE DE SOLOS SOB DIFERENTES USOS E SEU POTENC IAL EM

DISPONIBILIZAR POLUENTES PARA UM RESERVATÓRIO LOCAL IZADO 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

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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.

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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

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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

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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).

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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 analisado s

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

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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 Mehlich-

1; 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 Walkley-

Black 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)

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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 PC-

ORD® 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).

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12

R = ∑ EIm (equação 8) i = 1

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:

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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.

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RESULTADOS

Qualidade ambiental do solo na zona ripária do rese rvatório 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 franco-

arenosa.

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 Ds Dp Pt Areia Silte Argila Classe Textural g.cm-3 g.cm-3 % g.kg-1

MT1 1,84 2,55 27 770 126 107 Franco arenosa MT2 1,49 2,91 48 743 101 157 Franco arenosa CP1 1,64 2,54 35 761 135 107 Areia franca CP2 1,64 2,76 40 870 47 82 Areia HOR 2,06 2,59 20 804 95 102 Areia franca PEC 2,22 2,56 13 832 102 69 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).

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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 V M.O. P

unid. cmolc.dm-3 % g.kg-1 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 V M.O. P

unid. cmolc.dm-3 % g.Kg-1 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

MT1 I

MT1 II

MT2 I

MT2 II

CP1 I

CP1 II

CP2 I

CP2 II

HOR I

HOR II

PEC I

PEC II

MO

CaMg

pH

P Na

K

CTC V Axis 1

Axi

s 2 sistemas

Mata nativaCapim 1Capim 2HortaPecuária

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

26,3 %

56,3 %

Gradiente de salinização do reservatório por fontes difusas

Gra

dien

te d

e eu

trof

izaç

ão d

o re

serv

atór

io p

or fo

ntes

difu

sas

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 Perda de solo (t.ha-1ano-1) Perda de P (kg.ha-1.ano-1) MT1 1,64 0,001 MT2 4,41 0,020 CP1 5,48 0,004 CP2 4,86 0,007 HOR 105,64 0,520 PEC 113,45 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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