Alterações do balanço hídrico no Cerrado podem afetar importantes setores da economia brasileira

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A substituição da vegetação nativa do Cerrado por áreas destinadas às atividades agrícolas “tem causado intensas mudanças nos processos hidrológicos” e acelerado a erosão do solo do segundo maior bioma da América do Sul, afirma Paulo Tarso Sanches Oliveira, doutor em Engenharia Hidráulica e Saneamento e autor da tese Water balance and soil erosion in the Brazilian Cerrado. Nos últimos anos o pesquisador tem estudado as mudanças ocasionadas no solo e no ciclo hidrológico do bioma, que abrange 10 das 12 grandes regiões hidrográficas brasileiras, e contribui para a formação de importantes bacias hidrográficas, como a dosRios Tocantins/Araguaia, São Francisco, Paraguai, Paraná eParnaíba. “Essas mudanças no balanço hídrico e erosão do solo são ainda pouco entendidas, apesar de fundamentais na tomada de decisão de uso e manejo do solo nesta região. Portanto, torna-se necessário compreender a magnitude das mudanças nos processos hidrológicos e de erosão do solo, em escalas locais, regionais e continentais, e as consequências dessas mudanças”, pontua.

Na entrevista a seguir, concedida à IHU On-Line por e-mail, Oliveira informa que o desflorestamento do Cerrado está ocorrendo mais rapidamente do que na área de floresta amazônica e “considerando a taxa atual de desflorestamento, estima-se que o ecossistema pode desaparecer nos próximos anos”. Segundo ele, “o uso do solo é considerado um dos principais fatores que controlam o processo de erosão hídrica. Nossos resultados sugerem que mudanças no uso do solo (como, por exemplo, a substituição do Cerrado para cultivo agrícola) têm o potencial de intensificar a erosão do solo de 10 a 100 vezes”. Entre as consequências previstas caso a atual situação se mantenha, o pesquisador menciona a possibilidade de haver alterações no balanço hídrico, intensificação dos processos erosivos, perda de biodiversidade, desequilíbrios no ciclo do carbono, poluição hídrica, mudanças no regime de queimadas e alteração do clima regional.

Oliveira lembra ainda que “além de ser uma importante região ecológica e agrícola para o Brasil, a região de Cerrado é crucial para a dinâmica de recursos hídricos, pois (...) as maiores usinas hidrelétricas do país (~80% da energia produzida no Brasil) possuem rios que se iniciam em regiões de Cerrado”.

Paulo Tarso Sanches Oliveira é doutor em Ciências - Engenharia Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos, da Universidade de São Paulo (EESC-USP). Trabalhou como pesquisador visitante na United States Department of Agriculture (USDA-ARS), é mestre em Tecnologias Ambientais - Recursos Hídricos e é graduado em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul - UFMS.

Confira a entrevista.

IHU On-Line - Em que contexto foi realizada a sua pesquisa sobre a dinâmica de balanço hídrico e dos processos erosivos decorrentes da substituição da cobertura do solo por áreas agrícolas no Cerrado?

Paulo Tarso Sanches Oliveira - O desmatamento nas regiões de Cerrado tem causado intensas mudanças nos processos hidrológicos. Essas mudanças no balanço hídrico e erosão do solo são ainda pouco entendidas, apesar de fundamentais na tomada de decisão de uso e manejo do solo nesta região. Portanto, torna-se necessário compreender a magnitude das mudanças nos processos hidrológicos e de erosão do solo, em escalas locais, regionais e continentais, e as consequências dessas mudanças.

O principal objetivo do estudo apresentado nesta tese de doutorado foi de melhor entender os mecanismos dos processos hidrológicos e de erosão do solo no Cerrado Brasileiro. Assim, foi estudado cada componente do balanço hídrico, tais como: a precipitação; precipitação interna (parte da precipitação que passa pela vegetação e atinge o solo); escoamento pelo tronco das árvores; interceptação da chuva; evapotranspiração (parcela da água que evapora mais o uso da água pela vegetação denominado de transpiração); infiltração; água armazenada no solo; água que recarrega o aquífiro subterrâneo; e o escoamento superficial. A figura abaixo ilustra cada um desses componentes.

No desenvolvimento da pesquisa foram utilizadas diferentes escalas de trabalho (vertentes, bacias hidrográficas e continental) e usando dados experimentais in situ, de laboratório e a partir de sensoriamento remoto. Deste modo, a tese de doutorado foi dividida em cinco artigos científicos (três publicados e dois em revisão, todos em periódicos conceito A1 da CAPES) que contemplam estudos sobre o balanço hídrico e erosão do solo no Cerrado em diferentes escalas espaciais e temporais. Além disso, os resultados provenientes deste projeto foram apresentados e discutidos nas duas principais reuniões científicas em que o projeto se enquadra – AGU Fall Meeting, 2013 (San Francisco, The U.S.) e EGU General Assembly, 2014 (Vienna, Austria).

Além disso, é importante ressaltar que os artigos desenvolvidos na tese de doutorado envolveram a parceria com diversos pesquisadores em diferentes universidades além do Departamento de Engenharia Hidráulica e Saneamento da EESC-USP, tais como: USDA-ARS, Southwest Watershed Research Center, Tucson, Arizona, USA; Department of Hydrology and Water Resources, University of Arizona, Tucson, Arizona, USA; Queens School of Engineering, University of Bristol, Bristol, UK; Departamento de Ciências Atmosféricas, IAG, University of São Paulo, São Paulo, Brasil; e o Departamento de Agronomia, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, Aquidauana, Brasil.

IHU On-Line – Quais foram as áreas estudadas e quais suas constatações acerca da atual situação delas?

Paulo Tarso Sanches Oliveira – Duas áreas foram estudadas, as quais apresento abaixo.

Área 1: área do Cerrado Brasileiro

O bioma Cerrado, segundo maior bioma da América do Sul, ocupa uma área de aproximadamente 2 milhões de km2 (correspondente a ~22% do território nacional) e está localizado na porção central do Brasil. O Cerrado abrange 10 das 12 grandes regiões hidrográficas brasileiras, contribuindo para formação de importantes bacias hidrográficas, tais como as dos Rios Tocantins/Araguaia, São Francisco, Paraguai, Paraná e Parnaíba. Segue o percentual de área ocupada pelo Bioma Cerrado em cada uma das 10 regiões hidrográficas brasileiras: Tocantins (65%), São Francisco (57%), Paraguai (50%), Paraná (49%), Parnaíba (46%), Occidental Atlantic Northeast (46%), Atlantic East (8%), Amazon (4%), Southeast Atlantic (1%) and Oriental Atlantic Northeast (<1%) regions (Figura 1a).

A água proveniente dessas bacias hidrográficas é crucial para o abastecimento humano e dessedentação animal, manutenção de funções eco-hidrológicas de sistemas no Cerrado e outros biomas como o Pantanal e a Caatinga, e para o fornecimento de água para a indústria, agricultura, navegação e turismo. Além disso, é importante ressaltar que várias usinas hidrelétricas do Brasil usam águas provenientes da região de Cerrado, tais como: Itaipu, Tucuruí, Iha Solteira, Xingó e Paulo Afonso. Os aquíferos de água subterrânea do Bambuí, Urucuia e Guarani também se encontram em áreas de Cerrado, destacando que boa parte das áreas de aforamento do Aquífero Guarani encontra-se nesta região. Isso ressalta a importância estratégica do Cerrado em diversos setores do Brasil.

Em contrapartida, nas últimas décadas houve intensa substituição da vegetação natural do Cerrado por áreas destinadas às atividades agrícolas. Deste modo, verifica-se que o desflorestamento do Cerrado ocorre mais rapidamente do que na área de floresta amazônica e, considerando a taxa atual de desflorestamento, estima-se que o ecossistema pode desaparecer nos próximos anos. Neste sentido, existe um grande desafio, pois a transformação de ecossistemas ocasiona alterações no balanço hídrico e intensifica os processos erosivos, além de provocar a perda de biodiversidade, desequilíbrios no ciclo do carbono, poluição hídrica, mudanças no regime de queimadas e alteração do clima regional.

Figura da área do Bioma Cerrado, bacias hidrográficas estudadas (Tocantins/Araguaia, Tocantins, São Francisco e Paraná) e os estados brasileiros localizados na área de Cerrado.

Figura 1a. Mapa das bacias hidrográficas e estações fluviométricas representadas por círculos. Bacias: 1. Amazônica; 2. Tocantins; 3. Oc. A. Northeast; 4. Parnaíba; 5. Ori. A. Northeast; 6. São Francisco; 7. East Atlantic; 8. Southeast Atlantic; 9. Paraná; 10. Paraguai; 11. Uruguai; 12. South Atlantic. b. Bioma Cerrado e as fronteiras com outros Biomas Brasileiros. The Cerrado biome and its borders with other Brazilian biomes. Estados: Bahia - BA; Maranhão - MA; Tocantins - TO; Piaui - PI; Mato Grosso do Sul - MS; Mato Grosso - MT; Goiás - GO; Distrito Federal -DF; Minas Gerais - MG; São Paulo - SP and Paraná - PR. Fonte: doi: 10.1002/2013WR015202

Neste estudo publicado na revista Water Resources Research, nós avaliamos o uso de dados de sensoriamento remoto na estimativa dos principais componentes do balanço hídrico, além de realizar uma análise de incerteza e de tendência dos dados.

Fonte: OLIVEIRA, P.T.S., NEARING, M.A., MORAN, M.S., GOODRICH, D.C., WENDLAND, E., GUPTA, H.V. Trends in water balance components across the Brazilian Cerrado. Water Resources Research., 50,7100-7114, 2014. doi: 10.1002/2013WR015202

Área 2: Fragmento de Cerrado no município de Itirapina

Outro estudo foi conduzido em um fragmento de Cerrado, na Fazenda São José, pertencente ao Instituto Arruda Botelho, situada à Rodovia Municipal Ayrton Senna Km 08, município de Itirapina-SP (latitude 22°10' S, longitude 47°52' W e altitude média de 760 m). Na área de Cerrado foi instalada uma estação meteorológica automática, em uma torre de 11 m de altura, que realiza medidas automáticas de variáveis climáticas e do solo. Além disso, foram instaladas seis parcelas (áreas delimitadas por chapas galvanizadas no total de 100 m2 cada parcela) com o intuito de coletar o escoamento superficial e a erosão do solo; 15 pluviômetros para coletar a parte da chuva que atinge o solo; e 12 coletores de escoamento da água que escoa pelo tronco das árvores.

As coletas foram realizadas após cada chuva erosiva, ou seja, a cada chuva que tem o potencial para promover escoamento superficial e erosão do solo. A estação metereológica instalada na área experimental envia informações 24 horas de todas as variáveis meteorológicas monitoradas. Assim, é possível saber quando é necessário realizar o monitoramento.

IHU On-Line - Com que magnitude tem ocorrido mudanças nos processos hidrológicos e de erosão do solo no Cerrado e quais são as causas dessa alteração?

Paulo Tarso Sanches Oliveira – Na área 1, o balanço hídrico foi avaliado primeiramente para toda a região do Cerrado (~ 2 milhões de km2) a partir de dados de sensoriamento remoto no período de 2003 a 2010. Foram utilizados dados daTropical Rainfall Measuring Mission - TRMM para precipitação, Moderate Resolution Imaging Spectroradiameter - MOD16 para obtenção da evapotranspiração e Gravity Recovery and Climate Experiment - GRACE para análise da variação do estoque de água na superfície terrestre (Figura abaixo). Cada um dos dados de entrada foi avaliado com dados medidos a campo e o fechamento do balanço hídrico foi avaliado a partir de dados de vazão para as três maiores bacias hidrográficas localizadas no Cerrado, Paraná, São Francisco e Tocantins. Além disso, foi avaliado se existem tendências significativas em cada componente do balanço hídrico a partir do Mann-Kendall test para α = 95%.

Verificamos que a principal fonte de incerteza na estimativa do escoamento superficial ocorre nos dados de precipitação doTRMM. A variação de água na superfície terrestre calculada como o residual da equação do balanço hídrico usando dados de sensoriamento remoto (TRMM e MOD16) e valores observados de vazão mostram uma correlação significativa com os valores de variação de água na superfície terrestre provenientes dos dados do GRACE. Além disso, concluímos que os dados do GRACE podem representar satisfatoriamente a variação de água na superfície terrestre para extensas regiões do Cerrado. A validação desses dados obtida em nosso estudo na região do Cerrado é fundamental para avaliações futuras de períodos de enchentes e de seca na região. A partir desses dados é possivel quantificar o aumento e a diminuição de água na superfície terrestre e visualizar espacialmente as regiões mais afetadas. Por exemplo, no período de estudo (2003-2010) verificou-se, em geral, uma tendência de aumento na média anual de evapotranspiração no Cerrado e a diminuição do escoamento superficial em alguns pontos da região.

Na área 2, os valores médios de evapotranspiração estimada para o Cerrado variou 1,91 a 2,60 mm d-1 para a estação seca e chuvosa, respectivamente. Os valores de interceptação da chuva variam de 4 a 20% e o escoamento pelo tronco das árvores foi de aproximadamente 1% da precipital total no cerrado. O coeficiente de escoamento superficial (total escoado superficialmente dividido pelo total precipitado) foi menor que 1% nas parcelas de cerrado e o desmatamento tem o potencial de aumentar em até 20 vezes esse valor.

Neste estudo também foi desenvolvido um modelo regional para estimativa da evapotranspiração a partir de dados de sensoriamento remoto. Assim é possível estimar a evapotranspiração de forma satisfatória a cada 16 dias e com uma resolução espacial de 250 m. Esse modelo regional permite a estimativa da evapotranspiração para áreas de cerrado da região com melhor qualidade que outros modelos globais.

Fonte: OLIVEIRA, P.T.S., WENDLAND, E., NEARING, M.A., SCOTT, R.L., ROSOLEM, R., da ROCHA, H.R. The water balance components of undisturbed tropical woodlands in the Brazilian Cerrado. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, 11, 12987-13018, 2014. doi:10.5194/hessd-11-12987-2014

IHU On-Line - Como essas mudanças no solo, por conta da agricultura, têm interferido no processo de erosão? As alterações têm acelerado a erosão? Quais as consequências desse processo para o balanço hídrico do bioma?

Paulo Tarso Sanches Oliveira – A média anual de perda de solo nas parcelas mantidas com solo exposto e cerrado nativo foi de 12.2 t ha-1yr-1 e 0.1 t ha-1 yr-1, respectivamente. Ou seja, solos descobertos aumentam a perda de solo em até 100 vezes o valor observado do cerrado nativo. Nós também calculamos o fator uso e manejo do solo (fator C) da Equação Universal de perda do Solo (USLE) para o Cerrado igual a 0.013. Esse fator é usado para estimativa de perda de solo em diversos modelos hidrológicos e de erosão do solo e vem sendo usado no programa de serviços ambientais do Brasil, chamado de Programa Produtor de Águas.

Verificamos ainda que o escoamento superficial, erosão do solo e o fator C na área deCerrado variam de acordo com as estações do ano. Os maiores valores do fator C foram encontrados no verão e no outono.

Os principais fatores que controlam o processo de erosão do solo são: chuva; caracteríticas do solo; características topográficas como comprimento da vertente e declividade; uso e manejo do solo; e as práticas de conservacionistas. O uso do solo é considerado um dos principais fatores que controlam o processo de erosão hídrica. Nossos resultados sugerem que mudanças no uso do solo (como, por exemplo, a substituição do Cerrado para cultivo agrícola) têm o potencial de intensificar a erosão do solo de 10 a 100 vezes.

Fonte: OLIVEIRA, P.T.S.; NEARING, M.A.; WENDLAND, E. Runoff and soil erosion for an undisturbed Brazilian Cerrado site under natural rainfall. Earth Surface Processes and Landforms, 2015. (Under review)

IHU On-Line - Desde quando estão ocorrendo mudanças preocupantes no ciclo hidrológico e no solo do Cerrado? Já se chegou ao ápice do desflorestamento e de alterações hidrológicas na região?

Paulo Tarso Sanches Oliveira – O Cerrado brasileiro é considerado uma das mais ricas ecorregiões do mundo em termos de biodiversidade, cobrindo uma área de 2 milhões de km² (~22% do território nacional); no entanto, áreas remanescentes de vegetação nativa representam apenas 51% deste total (IBAMA/MMA/UNDP, 2011). Além de ser uma importante região ecológica e agrícola para o Brasil, a região de Cerrado é crucial para a dinâmica de recursos hídricos do país, pois engloba parte de 10 das 12 grandes regiões hidrográficas brasileiras. Essas regiões contribuem para formação de importantes bacias hidrográficas, tais como as dos Rios São Francisco, Paraguai, Tocantins/Araguaia, Parnaíba e Paraná. Além disso, as maiores usinas hidrelétricas do país (~80% da energia produzida no Brasil) possuem rios que se iniciam em regiões de Cerrado.

Como áreas de savanas e florestas têm sido associadas com mudanças de localização, intensidade e duração dos eventos de chuva, aumento e prolongamento das estações de seca e mudanças na vazão dos rios, fica evidente que as alterações de uso e cobertura do solo promovidas pela expansão agrícola na região de Cerrado têm potencial para afetar os serviços ecossistêmicos e vários importantes setores da economia do Brasil, tais como agricultura, produção de energia e disponibilidade hídrica. Apesar da tendência de que a expansão agrícola irá continuar no Cerrado e que as alterações de uso e cobertura do solo promovem mudanças na dinâmica do balanço hídrico, poucos estudos têm sido desenvolvidos visando investigar os processos hidrológicos em escala de campo (parcelas ou vertentes).

IHU On-Line - Que percentual das águas do Cerrado é utilizado pelas usinas hidrelétricas? O uso da água por hidrelétricas também altera o ciclo hídrico do Cerrado?

Paulo Tarso Sanches Oliveira – Não tenho essa informação sobre o volume total de água proveniente de bacias hidrográficas do Cerrado que são usados para geração de energia. Com relação à a lteração do ciclo hidrológico, a construção de reservatórios para geração de energia hidrelétrica provoca a retenção de determinado volume de água a montante da barragem, o que reduz o volume escoado no curso d’água a jusante, bem como o aumento da evaporação de água exposta no espelho d’água do reservatório. Apesar destes e outros aspectos negativos, a construção de reservatórios é benéfica tanto para a regulação do fluxo e inundações a jusante quanto para o aumento do suprimento de água para usos consuntivos e não consuntivos, como abastecimento público, irrigação, navegação, geração de energia, e outros.

IHU On-Line - Alguns ambientalistas estão associando a crise hídrica do país, especialmente a do estado de São Paulo, com a situação das bacias hidrográficas do Cerrado. Concorda com essa análise? Quais bacias estão mais prejudicadas?

Paulo Tarso Sanches Oliveira – Não tenho dúvidas de que as práticas de conservação das bacias hidrográficas, incluindo a preservação da vegetação nativa, aplicação de técnicas adequadas de manejo do solo e gestão da demanda hídrica, são fundamentais para manutenção da disponibilidade de água superficial e subterrânea em termos de quantidade e qualidade. No entanto, o que está ocorrendo na região sudeste do Brasil é a ocorrência de eventos meteorológicos extremos, valores mínimos de precipitação.

Esse período de eventos extremos que estamos vivenciando está servindo para nos mostrar o quão frágil é o sistema de gestão e gerenciamento de recursos hídricos no Brasil. É preciso avançar muito neste sentido para que possamos garantir água em quantidade e qualidade para os múltiplos usos a todo cidadão brasileiro mesmo em condições de extremos hidrológicos. Em outras palavras, é preciso planejar, executar obras e medidas que garantam isso a curto, médio e longo prazo e considerando cenários de extremos hidrológicos.

IHU On-Line - Quais são as perspectivas para o Cerrado se o cultivo agrícola continuar aumentando nos próximos anos? A partir dos resultados de sua pesquisa, que medidas ambientais devem ser aplicadas no Cerrado para modificar tanto a alteração hidrológica quanto o processo de erosão do solo?

Paulo Tarso Sanches Oliveira – O desmatamento no Cerrado tende a continuar, principalmente porque existe uma demanda global crescente por produção de alimentos e combustíveis; as áreas de Cerrado possuem características adequadas de topografia e solos já conhecidos para mecanização agrícola; e recebe menor pressão contra o desmatamento quando comparado à floresta Amazônica. Assim, após o conhecimento de vários componentes do balanço hídrico e de erosão do solo estudados nesta pesquisa, acredito que seja fundamental o desenvolvimento de um zoneamento desta área. Ou seja, devemos verificar espacialmente quais são as áreas prioritárias de preservação; áreas com melhor/pior potencial agrícola ou de pecuária; principais práticas conservacionistas a serem adotadas por região; áreas degradadas que precisam de recuperação; e as áreas mais vulneráveis à escassez hídrica e de risco à erosão hídrica, por exemplo. Desta forma, é possível uma gestão adequada do solo e da água. Esse seria um processo ideal que pode levar alguns anos, mas acreditamos que a pesquisa realizada pode fornecer alguns subsídios para auxiliar neste processo.

Fonte: IHU