Diagnóstico da erosão e a expansão da cultura da cana-de-açúcar no Estado de São Paulo

• Main Author: Grasiela de Oliveira Rodrigues Medeiros
• Other Authors: Angélica Giarolla
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2016
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/06.29.19.24

O solo é um componente chave para o funcionamento do Sistema Terrestre e encontra-se na superfície do planeta onde dão-se as interfaces entre a atmosfera, Pedosfera, biosfera e litosfera. No entanto, este recurso vem sofrendo pressões antrópicas que conduzem ao aumento das áreas degradadas e, consequentemente, abandonadas em regiões anteriormente produtivas. Esta pesquisa de caráter multidisciplinar teve como objetivo avaliar a expansão da cana-de-açúcar para o Estado de São Paulo considerando projeções climáticas e a degradação do solo por erosão. Sendo assim, a primeira fase metodológica abordou a estimava das taxas de perda de solo para o Estado de São Paulo utilizando a Equação Universal da Perda de Solo (USLE), modelo amplamente utilizados em estudos de conservação do solo. A partir desta estimativa foi calculado o Índice do Tempo de Vida do Solo, uma ferramenta diagnóstica capaz de avaliar o nível de degradação dos solos em função das taxas estimadas de erosão hídrica e de renovação dos solos. De acordo com esta metodologia, foram consideradas duas abordagens: i) a primeira determinou o tempo remanescente para que o perfil do solum (horizontes A+B) fosse degradado até atingir uma profundidade crítica de 1 m; ii) a segunda, inédita, considerou o tempo remanescente para que a camada superficial de 0,25 m do solo, rica em nutrientes, fosse perdida por erosão. Os resultados dessas etapas mostraram que a taxa média estimada de perda de solo é de 30 Mg ha$^{-1}$ ano$^{-1}$ e que 59\% da área do estado apresentaram taxas estimadas de perda de solo acima de 12 Mg ha$^{-1}$ ano$^{-1}$, limite de tolerância médio considerado na literatura. Os resultados também mostraram que as taxas médias de perda de solo encontradas para as áreas utilizadas para o plantio de culturas anuais, semi-perenes e perenes foi de, respectivamente, 118 Mg ha$^{-1}$ ano$^{-1}$ , 78 Mg ha$^{-1}$ ano$^{-1}$ e 38 Mg ha$^{-1}$ ano$^{-1}$ . Assim, de forma geral, esta fase do estudo permitiu concluir que o Estado de São Paulo requer atenção com relação a conservação dos seus solos principalmente no que diz respeito aos usos agrícolas. A segunda fase metodológica consistiu na criação de um modelo de expansão da cana-de-açúcar capaz de simular a expansão da área cultivada com cana-de-açúcar para o Estado de São Paulo utilizando o arcabouço de modelagem LuccME, desenvolvido no Centro de Ciência do Sistema Terrestre (CCST) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Foram realizadas simulações para o período de 2005-2010, validação para o ano de 2012 e projeções para o ano de 2050. As projeções consideraram os dados simulados de temperatura do ar e precipitação do RCP 4.5 e 8.5 gerados pelo modelo \emph{Hadley Centre Global Environment Model}, version 2-Earth System (HadGEM2-ES) do \emph{Coupled Model Intercomparison Project Phase 5} (CMIP5) que indicaram aumento da temperatura do ar e precipitação para os cenários analisados; além de dados de produtividade futura da cana-de-açúcar estimados via Modelo Integrado de Processos Superficiais (INLAND). Estas simulações de produtividade, por sua vez, também consideraram as projeções climáticas RCP 4.5 e 8.5 e indicaram maior aumento de produtividade para RCP 8.5. Os resultados do modelo de expansão da cana-de-açúcar indicaram um acerto de 68,89\% em comparação dos dados simulados com os dados mapeados via projeto CANASAT para o mesmo ano. Estes resultados, comparados aos resultados da primeira fase do trabalho (degradação do solo por erosão) apontaram que em 2050 a expansão da cana-de-açúcar no estado de São Paulo prevista neste trabalho considerando-se as previsões climáticas RCP 4.5 acarretará em prejuízos no que diz respeito à degradação do solo, uma vez que, se direcionará para regiões susceptíveis à erosão. === The soil is a key component for the functioning of the Earth system and lies on the surface of the planet at the interfaces of the atmosphere, pedosphere, biosphere and lithosphere. However, this resource is affected by human pressures leading to an increase in degraded areas which eventually, become lost for agricultural purposes. This multidisciplinary research aimed to evaluate the expansion of sugarcane in the State of São Paulo, Brazil, considering climate projections and soil degradation resulting from erosion. Thus, the first methodological phase of this study established estimates of soil loss rates for the State of São Paulo by the Universal Soil Loss Equation (USLE), a model widely used in soil conservation studies. From this estimate, the Soil Lifetime Index was calculated, a diagnostic tool to assess the land degradation level, defined by the estimated erosion and soil renewal rates. This methodology was applied in two steps: i) first, we estimated the remaining time of degradation of the solum profile (horizons A + B) until reaching a critical depth of 1 m; ii) second, the remaining time for erosion loss of the nutrient-rich soil surface layer of 0.25 m. The results of these steps showed that the average estimated soil loss rate was 30 Mg ha$^{-1}$ yr$^{-1}$ and that the estimated soil loss rates exceeded the average tolerance limit, found in the literature, of 12 Mg ha$^{-1}$ yr-1, in 59\% of the area. Thus, in this part of the study, the conclusion was drawn that measures must be taken for the entire state of Sao Paulo in relation to soil conservation, especially with regard to agricultural management. The second methodological stage consisted in creating a model of sugarcane expansion to simulate the expansion of sugarcane fields in the State of São Paulo using LuccME, a modeling framework developed at the Center for Earth System Science (CCST), the National Institute for Space Research (INPE). Simulations were performed from 2005 to 2010, validation in 2012, resulting in projections for 2050. The data used were simulated air temperature and precipitation data of the Representative Concentration Pathway (RCP 4.5 and 8.5 from projections generated by the Hadley Centre Global Environment Model, version 2-Earth System (HadGEM2-ES) of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5). These projections indicated an increase in air temperature and precipitation for the scenarios analyzed, as well as higher sugarcane yields in the future or future sugarcane yields, estimated by the Integrated Model of Surface Processes (INLAND). The climate projections RCP 4.5 and 8.5 were also considered in the simulations and both indicated yield increases, especially for 8.5 RCP. The results of the sugarcane expansion model showed a peak or an extreme result of 68.89\% compared with the CANASAT project for the same year. These results, compared to the results of the first phase of the work (soil degradation by erosion), indicated that by 2050, under the climate predictions of RCP 4.5, sugarcane expansion in the state of São Paulo will result in losses with regard to soil degradation, since the sugarcane fields will most likely have reached erosion-susceptible regions.