Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Areas susceptibility to water erosion and strong pressure of soil use, as in Southern Brazil, where there is cultivation of tobacco, are prone to degradation of the natural resources. The objective of this dissertation was to evaluate the unsustainability of the natural resources in a watershed under tobacco production, characterized by steep slopes, with intense agricultural exploration and to evaluate the processes related to soil erosion. The watershed is located in the district of Nova Boêmia, Agudo, RS. The watershed has an area of 332 ha, with is subdivided, in right left subbasin, by two streams, forming the main drainage of the Arroio Lino Friedlich, flowing to the Jacuí River. The evaluations were: 1. The evolution of soil use and management, and soil erosion from 2003 to 2005; 2. Physical and environmental factors affecting soil, namely rain erosivity, LS (slope length and steepness) of the Universal Soil Loss Equation, and watershed concentration time; 3. For the quantification of the sediment yield, samples of the suspended sediment were colleted during rain events in the year of 2005, in two control sections, using flow meters that quantified the water flow rate for subsequent determination of the flow and sediment concentration, through from specific rating curves; 4. The annual sediment yield estimation was made through sediment rating curves, using lineal and polynomial models. Precipitation data were obtained automatically from a meteorological station located in the center of the watershed and were used for the determination of rainfall erosivity. Several maps were generated, including classes of factor LS index of the USLE. The results showed that the agricultural areas are increasing and natural vegetation is decreasing. Under this rate, there would be no natural vegetation in 100 years. The concentration time of the watershed is of 12 minutes, meaning that in a short time the whole watershed contributes for the runoff, in accordance with the sudden increase of the water height in the creek. The hydro-sedimentologic components varied mainly with soil moisture, topographical characteristics and rainfall intensity and amount. Erosive rainfall occurred mainly in the second semester of the year, when the soil was also plowed. The right side drainage of the watershed contributed with 80% of the sediment yield and presented higher values of LS factor, more intense soil, presence of highways and gullies and smaller riparian zone. The polynomial model for the sediment rating curves had the best adjustment and was effective in estimating the annual sediment yield. Estimated soil erosion rates from cropland was 0.28 cm ha-1 year and from unpaved roads was 0.12 cm ha-1 year, which are greater than both soil formation and soil loss tolerance rates. These data indicate the unsustainable use of the soils for tobacco growth under current management practices. / Áreas vulneráveis em termos de suscetibilidade à erosão e a forte pressão de uso do solo, como na região Sul do Brasil onde há cultivo de fumo, propiciam a degradação do ambiente. O objetivo foi avaliar a (in)sustentabilidade de agroecossistemas intensamente explorados com a cultura do fumo numa pequena bacia hidrográfica rural de cabeceira com terras declivosas, solos rasos, com ênfase na erosão do solo. A bacia está localizada no distrito de Nova Boêmia, Agudo- RS. A área de captação da bacia corresponde a 332 ha e essa é subdividida, para este estudo, em lados direito (braço direito) e esquerdo (braço esquerdo), em função da rede de drenagem que possui dois córregos, que ao final da secção se juntam em apenas um, formando o braço principal do Arroio Lino Friedlich, afluente do Rio Jacuí. As avaliações foram: 1) quantificação das variáveis de uso e manejo do solo influenciadores da erosão do solo, nos anos de 2003 a 2005; 2) variáveis físico-ambientais influenciadores da erosão do solo, sendo elas a erosividade das chuvas, o fator LS (comprimento do declive L e grau do declive S) da Equação Universal de Perda de Solo, e o tempo de concentração da bacia; 3) medida da produção de sedimentos em suspensão e construção de hietogramas, hidrogramas e sedimentogramas de eventos chuvosos ocorridos no ano de 2005, em seções de controle localizadas no exutório da bacia nos braços esquerdo e principal, nos quais estavam presentes linígrafos que registraram, de forma automática, dados de altura de lâmina de água para posterior determinação da vazão e concentração de sedimentos, a partir de curvas-chave específicas; 4) estimativa da produção de sedimentos anual, a partir da construção de uma curva-chave, sendo avaliados dois modelos, o linear e o polinomial. Dados de precipitação foram obtidos automaticamente numa estação meteorológica situada no centro da bacia e serviram para a determinação do índice de erosividade da chuva. Diversos mapas foram confecionados, sendo um deles o mapa com as classes de fator de LS. Os resultados mostraram que as áreas de lavouras vêm aumentando no decorrer dos anos e, conseqüentemente, as de vegetação natural estão diminuindo. Em se continuando esse processo, em cem anos não mais haverá vegetação natural. O tempo de concentração da bacia é de 12 minutos, significando que num curto espaço de tempo toda a bacia passa a contribuir para o escoamento e confirmando o aumento súbito da altura de lâmina de água no riacho. As componentes hidrossedimentológicas variaram principalmente com a umidade do solo, características topográficas e da precipitação, intensidade e quantidade. Chuvas mais erosivas se situam no segundo semestre do ano, onde o solo estava revolvido pela ação das práticas de cultivo. O lado direito da bacia contribuiu com 80% da produção de sedimentos e apresentou valores mais elevados das classes do fator LS, maior uso antrópico do solo, presença de estradas e ravinas e menor zona ripária. O modelo polinomial para a obtenção da curva-chave de sedimentos teve o melhor ajuste e foi eficaz na estimativa da produção anual de sedimentos. A quantidade de solo erodida e estimada das áreas de lavouras foi de 0,28 cm ha-1 ano, enquanto que das áreas de estradas foi de 0,12 cm ha-1 ano. As perdas por erosão hídrica desses solos da bacia estão muito acima dos valores de suas taxas de formação e também das perdas de solo toleráveis. Isso indica a insustentabilidade perante o atual uso agrícola com a cultura do fumo.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:29:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DoutRF.pdf: 13100736 bytes, checksum: 515f9348d4125b7e6433e83b6ecaedbc (MD5) Previous issue date: 2002-04-08 / Financiadora de Estudos e Projetos / This study relates the methodology adopted to organize the information on the abiotic environment related to the characterization of erosive processes visible in aerial photographs in order to contribute towards actions of planning of the drainage basin of the Bonito river, a sub-basin of the Mogi-Guaçu river, in the municipality of Descalvado-SP, Brazil. The area of study is part of a region highly susceptible to erosive phenomena as a result of favorable conditions provided by the unconsolidated cover material, easily erodible. The environmental fragility of the terrains, however, contrasts with the great fragmentation of the landscape. Under a GIS single georeferenced database at a 1:50,000-compatible scale, all available cartographic and sampling information was organized and compared with a photo mosaic adjusted to a cartographic base of the same area at a 1:10,000 scale, and a visual analysis of the features was performed by photo interpreting. A preliminary map of the unconsolidated material was developed from the information regarding the geological surface formations correlated with the field slope patterns, allowing the automation of the mapping in GIS. The field inspection, aided by real time navigation system on the cartographic information, made possible to diagnose the events found there. The organization applied to the collected information allows the planner to understand each individual developed feature, their causes and the reasons that contribute to it s persistence, correlating them with the local patterns of the environment fragility and compounding an overview of the events that occur in hydrographic basin as a whole. / Este trabalho relata a metodologia adotada para organização das informações do meio abiótico, relativas à caracterização de processos erosivos visíveis em fotografias aéreas, com a finalidade de contribuir em ações de planejamento da bacia de drenagem do Rio Bonito, sub-bacia do Rio Mogi-guaçu, no município de Descalvado-SP, Brasil. A área de estudo encontra-se em região fortemente susceptível a fenômenos erosivos, em decorrência de condições propícias oferecidas pelos materiais inconsolidados de cobertura, facilmente erodíveis. A fragilidade ambiental dos terrenos, entretanto, contrasta com a grande fragmentação da paisagem e variedade do uso da terra. Foram organizados, em ambiente de Sistema de Informações Geográficas - SIG, sob um mesmo banco de dados georreferenciados, em escala 1:50.000, todas as informações cartográficas e amostrais disponíveis e comparadas com um foto-mosaico ajustado à base cartográfica da mesma área, em escala 1:10.000, onde foi possível proceder uma análise visual das feições, por foto-interpretação. Um mapa de materiais inconsolidados foi desenvolvido a partir das informações sobre formações geológicas de superfície correlacionadas com os padrões de declividade do terreno, permitindo automação do mapeamento em ambiente de SIG. As inspeções de campo, assistidas por um sistema de navegação em tempo real sobre as informações cartográficas disponíveis em meio digital, permitiram a complementação das informações necessárias ao diagnóstico dos eventos encontrados. A organização aplicada às informações coletadas permite ao planejador entender os processos individuais, suas causas e os motivos que contribuem para sua persistência, correlacionando-as com os padrões locais de fragilidade do ambiente e compondo uma imagem geral dos eventos que ocorrem na bacia hidrográfica como um todo.

Este trabalho apresenta um estudo experimental sobre o efeito da ação das ondas nas margens de rios que estão a jusante de estruturas hidráulicas. O trabalho foi realizado em três etapas, sendo a primeira realizada em modelo físico reduzido parcial de um vertedouro em degraus com canal a jusante, instalado no Pavilhão de Obras Hidráulicas (IPH/UFRGS). Nesta primeira etapa, diferentes condições de vazão e submergência foram consideradas, com o objetivo de avaliar as características das ondas de superfície, geradas a jusante de um dissipador de energia por ressalto hidráulico. As características avaliadas foram: altura, período, comprimento e celeridade das ondas. Os resultados dessa primeira etapa indicaram que as características principais das ondas, altura e período, estão mais relacionadas com a vazão escoada do que com a submergência do ressalto hidráulico. Além disso, através da comparação entre os dados estimados e observados da celeridade da onda, foi possível identificar que o período significativo da onda representa melhor a caracterização de uma onda que o período de pico, para ondas geradas a jusante de ressalto hidráulico. Na segunda etapa dos ensaios, as características das ondas obtidas na primeira etapa do estudo foram reproduzidas em um canal de ondas bidimensional, instalado no Pavilhão Fluvial (IPH/UFRGS). Desta forma, foi possível avaliar o efeito da ação das ondas sobre taludes com diferentes inclinações e granulometrias de material de proteção. Os resultados desta etapa demonstraram que o talude construído com material de proteção, denominado de brita grande (G) e com inclinação 1(V):3(H), foi o que apresentou maior estabilidade após a ação das ondas, mesmo sendo este um material de diâmetro médio menor do que o recomendado pelos métodos tradicionais de dimensionamento. Na terceira e última etapa dos ensaios, as características das ondas obtidas na primeira etapa do estudo foram reproduzidas novamente, porém em um tanque de ondas tridimensional, instalado no Pavilhão Fluvial (IPH/UFRGS). Nesta etapa do estudo, foi avaliado o efeito da ação das ondas sobre diferentes ângulos de incidência das ondas sobre talude de proteção. Os resultados obtidos nesta etapa demonstraram que o aumento do ângulo de incidência das ondas sobre o talude de proteção, intensifica o processo erosivo do material de proteção das margens. / This work presents an experimental study about waves action effects on the banks of rivers that are downstream from hydraulic structures. The work was carried out in three stages, being that the first one was realized in a reduced partial physical model of a spillway with steps and a channel downstream from it, installed in the Hydraulic Works Laboratory (IPH / UFRGS). In this first stage, different flow and submergence conditions were considered, with the objective of evaluating the characteristics of surface waves, that were generated downstream from a energy dissipator by hydraulic jump. The evaluated characteristics were: height, period, length and celerity of the waves. The results of this first stage indicated that height and wave period, considered the two main characteristics of waves, are more related to the outflow than to the submergence of hydraulic jump. In addition, through the comparison between the estimated and observed data of wave celerity, it was possible to identify that the significant period of wave represents better the characterization of a wave than the peak period, for waves generated downstream from a hydraulic jump. In the second stage of the tests, the wave characteristics obtained in the first stage of the study were reproduced in a two-dimensional wave channel, installed in the Fluvial Laboratory (IPH / UFRGS). In this way, it was possible to evaluate the effect of wave action on embankments with different inclinations and composed by protection material of diverses granulometries. The results of this experiment demonstrated that the embankment constructed with protective material called large gravel (G) and slope 1 (V): 3 (H) was the one that presented greater stability after the waves action, even though this material to has an average diameter smaller than that recommended by traditional dimensional methods. In the third and last stage of tests, the wave characteristics obtained in the first stage of study were reproduced again, but now in a three-dimensional wave tank installed in the Fluvial Laboratory (IPH / UFRGS). At this stage of the study, the effect of wave action on different angles of incidence between waves and the protective embankment was evaluated. The results obtained from this step demonstrated that the increase of the angle of incidence between wave and protective slope intensifies the erosive process of material that compose the banks.

Submitted by Geyciane Santos (geyciane_thamires@hotmail.com) on 2015-10-21T14:47:40Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elton Rodrigo Andretta.pdf: 9537618 bytes, checksum: 92a178196c9e48ebc98b020dee36c64e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-10-22T19:18:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elton Rodrigo Andretta.pdf: 9537618 bytes, checksum: 92a178196c9e48ebc98b020dee36c64e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-10-22T19:25:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elton Rodrigo Andretta.pdf: 9537618 bytes, checksum: 92a178196c9e48ebc98b020dee36c64e (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-22T19:25:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elton Rodrigo Andretta.pdf: 9537618 bytes, checksum: 92a178196c9e48ebc98b020dee36c64e (MD5) Previous issue date: 2014-07-02 / OUTRAS / Considering the proliferation of areas of geohazard in Manaus-AM, in the last decades, because of irregular and unplanned occupation, if stimulated this research which resulted in this master dissertation. The main objective is to evaluate intrinsic characteristics of weathering horizons of Alter do Chão Formation, which are under the city of Manaus, analyzing their physical and mineralogical properties and its visual tactile description, also evaluating the geohazard, exogenous characteristics such as rainfall, to anthropization and the evolution of the local landscape from imagery satellite and aerial correlating these factors with the development of erosional features found in two fields of study, the first study area located in the neighborhood Jorge Teixeira, in the community João Paulo, encompassing the late streets, the second area is located in the neighborhood Cidade Nova between the communities Conjunto Cidadão I and Campo Dourado I. These areas are respectively the eastern and northern parts of the city. The methodology applied in this study consisted of in the bibliographical survey, analysis of base maps, satellite images and aerial photographs, field research with description and the hierarchization of geohazard sectors, characterization tests on field and samples collected by probing in auger, analyzes physical, by tests of the particle size and limits consistency and mineralogical assays by x-ray diffraction. Developments mainly lateral edges of the craters are analyzed aerial and satellite images between the years 2004 to 2013, the first area in the late gullies streets were already well evolved in pictures 2004 until 2007 he perceives the images 2010 and 2011 we see a good recovery of the vegetation and the image of 2013 gullies appear to be completely stagnant with vegetation recovered. In the second area in 2004 noted the implementation of the community Conjunto Cidadão I, with infrastructure and planning, after 2007 some houses are removed from the foot of the slope, the following images 2010, 2011 and 2013 the slope appears to be safe with vegetation recovery. In geohazard mapping performed in the field in the 1st district looked high and very high hazards sectors with several houses near of the gully, the 2nd area have only one sector at high hazard for burial at the foot of the slope, near the lower erosional features. Soundings by auger of 10 meters were enforced in the two areas, for visual and tactile analysis with sample collection. Grain size data, with calculations of curvature coefficient, degree of uniformity and tests of consistency limits of the 1st district indicate good resistance to erosion, but this site is great erosional features. In the 2nd area for a smaller anthropogenic influences and the data acquired in the analyzes are equivalent to the behavior seen in the field, up to 6.5 meters deep analysis showing good resistance to erosion of the layers, below that the erodibility of the material increases and features are observed erosive. The activities of endogenous and exogenous agents are different for each site studied. Mainly responsible for formation of gullies in the first area are exogenous agents added to anthropization and a lack of infrastructure. In the second area, the endogenous factors, the characteristics of the layers are decisive to indicate the most susceptible to erosion layers. / Tendo em vista a multiplicação das áreas de risco geológico, em Manaus/AM, nas últimas décadas, devido a ocupação do solo irregular e desordenada, motivou-se a pesquisa da qual resulta esta dissertação de mestrado. Seu objetivo principal foi avaliar características intrínsecas dos horizontes de intemperismo da Formação Alter do Chão, que se acham sob a capital amazonense, analisando seus atributos físicos e mineralógicos, bem como sua descrição tátil visual; além disso, buscou-se avaliar o risco geológico, as características exógenas como a pluviosidade, a antropização e a evolução da paisagem local, para tanto, utilizaram-se imagens de satélite e aéreas, correlacionando esses fatores com o desenvolvimento de feições erosivas encontradas em duas áreas de estudos: a primeira área, localizada no bairro Jorge Teixeira, na comunidade João Paulo e a segunda, localizada no bairro Cidade Nova, entre as comunidades Conjunto Cidadão I e Campo Dourado I, respectivamente, nas zonas leste e norte da cidade. A metodologia aplicada consistiu no levantamento bibliográfico; análises de mapas-base; imagens de satélite e fotografias aéreas; investigação de campo com descrição e hierarquização dos setores de risco geológico; ensaios em campo com coleta de amostras por sondagem a trado; análises físicas por ensaios de granulometria e limites de consistência, e ensaios mineralógicos por difração de raios-x. As imagens aéreas e de satélites, aqui analisadas, foram capturadas entre os anos de 2004 a 2013. Na primeira área, as voçorocas nos finais dos arruamentos já estavam bem evoluídas nas imagens de 2004; até 2007, percebe-se a evolução principalmente lateral das bordas das voçorocas; nas imagens de 2010 e 2011, percebe-se uma boa recuperação da vegetação; já na imagem de 2013, diminuição da atividade de erosão, poucos deslizamentos das bordas são notados. Na segunda área, em 2004, observa-se a implantação do Conjunto Cidadão I, com infraestrutura e planejamento; após 2007, algumas casas são retiradas do sopé da encosta, e, nas imagens seguintes, de 2010, 2011 e 2013, a encosta aparece em franca recuperação da vegetação. No mapeamento em risco, executado em campo na 1ª área, verificam-se setores de risco alto a muito alto, com várias moradias próximas às voçorocas; na 2ª área temos apenas um setor em risco alto de soterramento, no sopé da encosta, próximo a feições erosivas menores. Sondagens a trado de 10 metros foram executadas para análise tátil visual e coleta de amostras. Os dados granulométricos, com cálculos de coeficiente de curvatura, grau de uniformidade e dos ensaios de limites de consistência, da 1ª área, indicam boa resistência à erosão, porém, nesse local distinguem-se grandes feições erosivas. Na 2ª área decorre uma menor influência antrópica, sendo que os dados adquiridos nas análises têm comportamento equivalente ao visto em campo. Até 6,5 metros de profundidade, as análises indicam boa resistência das camadas à erosão; abaixo desta, a erodibilidade do material avoluma-se, dando margem a se observar feições erosivas. Para cada local estudado, os agentes endógenos e exógenos atuam de forma diferente. Os principais responsáveis pela formação das voçorocas, na primeira área, são os agentes exógenos somados à antropização e falta de infraestrutura. Na segunda área os fatores endógenos, com as características dos horizontes, foram decisivos para indicar as camadas mais sucetíveis à erosão.

A conversão de vegetação nativa e o uso inadequado das terras convertidas resultam em prejuízos graves para as funções e processos dos ecossistemas, impactando diretamente a provisão de serviços ambientais e o bem-estar da sociedade. Em meio ao elevado nível de degradação e fragmentação de habitats naturais, pesquisadores têm buscado alternativas para promover a sustentabilidade de paisagens modificadas pelo homem, procurando conciliar ações conservacionistas com as necessidades de produção agropecuária e do uso consciente dos recursos naturais. Para contribuir com esse tema, este trabalho apresentou uma metodologia para a priorização de áreas para restauração florestal em paisagens agrícolas. Foram utilizados indicadores biofísicos (perda de solo, escoamento superficial e conectividade da paisagem) e técnicas de modelagem espacial para analisar o efeito de cenários alternativos de uso do solo sobre a conservação do solo, da água e da biodiversidade. Foram criados dois grupos de cenários, sendo que um grupo apresenta cenários com diferentes quantidades e arranjos espaciais da cobertura florestal na paisagem, e outro grupo se refere à cenários com diferentes tamanhos de faixas marginais florestadas no entorno da rede de drenagem. Os resultados do primeiro grupo de cenários demonstraram que o arranjo espacial da cobertura florestal influenciou significativamente a perda de solo e o escoamento superficial, mas não apresentou efeitos significativos para a conectividade da paisagem, que se mostrou dependente apenas da quantidade de cobertura florestal. As maiores sinergias entre os indicadores analisados foram expressas a partir da aplicação conjunta de boas práticas agrícolas e a restauração florestal de áreas críticas para conservação do solo e da água, demonstrando a complementariedade dessas ações no manejo de paisagens agrícolas. Quanto ao segundo grupo de cenários, os resultados demonstraram a influência positiva do tamanho da faixa florestada na capacidade de retenção de sedimentos das zonas ripárias e na conectividade da paisagem, de modo que os melhores resultados foram obtidos com o total recobrimento das Áreas de Preservação Permanente (APPs) por florestas. Observou-se que a quantidade de cobertura florestal influenciou positivamente a capacidade de retenção de sedimentos das APPs, sendo determinante no comportamento dessas áreas como fonte ou filtro de sedimentos para os canais de drenagem. De forma geral, os resultados apresentados neste trabalho demonstraram o potencial de estratégias conservacionistas e de restauração florestal em paisagens agrícolas, ao mesmo tempo que reforçaram as necessidades de planejamento e da inclusão de áreas de produção agropecuária no manejo de paisagens. Em um cenário atual de implementação da Lei de Proteção da Vegetação Nativa e de exigências mais brandas para recomposição de APPs e Reservas Legais em propriedades privadas, os resultados sugerem que apenas as ações de comando e controle podem não ser suficientes para promover a provisão de serviços ambientais e a conservação da biodiversidade em paisagens agrícolas. Desse modo, recomenda-se que haja uma desvinculação do que está previsto em lei com o conceito de paisagens sustentáveis, pois apenas a adequação legal de propriedades rurais pode não ser capaz de assegurar o fornecimento de bens e serviços à sociedade. / The conversion of native vegetation and the inappropriate use of converted land have resulted in severe damage to the natural ecosystem functions and processes, affecting the provision of environmental services and the welfare of society. Due to the high level of degradation and fragmentation of natural habitats, researchers have sought alternatives to promote the sustainability of human modified landscapes, aiming to reconcile conservation actions with the agricultural production needs and the conscious use of natural resources. To contribute to this theme, this thesis presented a methodology for prioritizing areas for forest restoration on agricultural landscapes. Biophysical indicators (soil loss, runoff and landscape connectivity) and spatial modeling techniques were used to analyze the effects of alternative scenarios of land use on the conservation of soil, water and biodiversity. These effects were analyzed on two groups of scenarios, wherein one group presents scenarios with different amounts and spatial arrangements of forest cover on the landscape, and another group refers to scenarios with different sizes of forested riparian buffer zones. The results of the first group of scenarios showed that the spatial arrangement of the forest cover significantly influenced the soil loss and runoff, but did not significantly affect the landscape connectivity, which proved to be dependent only by the amount of forest cover. The highest synergies between the analyzed indicators were expressed with the joint application of best management practices and forest restoration of critical areas for soil and water conservation, demonstrating the complementarity of these actions in the management of agricultural landscapes. Considering the second group of scenarios, the results demonstrated the positive influence of the size of forested riparian buffers on sediment retention capacity of riparian areas and landscape connectivity, and the best results were obtained with the total coverage of the Areas of Permanent Preservation (APPs) by forests. It was observed that the amount of forest cover positively influenced the sediment retention capacity of APPs and determined the behavior of these areas as sediment filter or source for stream channels. Overall, the results presented in this thesis demonstrated the potential of conservation and forest restoration strategies on agricultural landscapes, while it reinforced the needs for planning and for the inclusion of agricultural production areas in landscape management strategies. On current expectations for the implementation of the new Brazilian Forest Act and softer requirements for restoration of APPs and Legal Reserves on private properties, the results suggest that only the command and control actions may not be sufficient to promote the provision of environmental services and biodiversity conservation on agricultural landscapes. Therefore, we recommend the detachment from what is required by law to the concept of sustainable landscapes, because only the legal compliance of rural properties may not be able to ensure the supply of goods and services to society.

A expansão agropecuária governa as mudanças no uso do solo no Brasil devido à alta demanda dos mercados interno e externo por alimento, fibra e energia. Entretanto, os efeitos e os processos decorrentes dessas alterações no ciclo hidrológico e na conservação do solo são pouco estudados de forma experimental em regiões de clima tropical e subtropical. No Estado de São Paulo, o uso do solo acontece de forma intensiva, as áreas de Cerrado nativo estão fragmentadas e pastagens vêm sendo substituídas por plantações de cana-de-açúcar devido à alta demanda por etanol e açúcar. Este trabalho tem como objetivo compreender as relações, trocas, variações e tendências das componentes do balanço hídrico e dos processos erosivos em potenciais mudanças no uso do solo que são encontradas no Sudeste do Brasil: de condições naturais (Cerrado sensu stricto) para pastagem, cana-de-açúcar e solo exposto. Para isso, foram monitorados, nos diferentes usos do solo, as condições meteorológicas, o escoamento superficial, a evapotranspiração, o conteúdo de água no solo, a erosão do solo e a flutuação do nível freático do aquífero. As alterações no uso do solo modificam significativamente o balanço hídrico, com aumento do escoamento superficial (pelo menos 14 mm ano-1) e diminuição da evapotranspiração (pelo menos 529 mm ano-1) quando o Cerrado sensu stricto é substituído por pastagem ou cana-de-açúcar. Entretanto, no Cerrado sensu stricto o volume de água disponível para percolação ao longo da zona não saturada e potencial recarga do aquífero tende a ser menor que em áreas agrícolas. As observações mostram que o solo exposto e a cana-de-açúcar possuem os maiores valores erosão do solo (16,00 ± 5,97 t ha-1 ano-1 e 0,64 ± 0,49 t ha-1 ano-1, respectivamente). Além disso, há semelhanças entre as taxas de perda de solo na pastagem (0,11 ± 0,04 t ha-1 ano-1) e no Cerrado sensu stricto (0,14 ± 0,06 t ha-1 ano-1). Devido às curtas séries de dados de escoamento superficial e erosão do solo, a adoção de modelos de base física como o WEPP (Water Erosion Prediction Project), é alternativa viável para simulações que considerem as variabilidades climáticas de regiões subtropicais. Projeções climáticas revelam que não ocorrerão alterações significativas nas respostas (escoamento superficial e erosão do solo) em relação ao clima base atual apesar do aumento significativo na precipitação nos cenários mais drásticos (entre 5% e 9%). Por fim, a manutenção do ciclo hidrológico e o controle da erosão do solo alcançados pelo Cerrado sensu stricto são benefícios que contrastam com a diminuição da recarga potencial do aquífero em áreas de vegetação densa. A cana-de-açúcar e a pastagem são usos do solo concorrentes e seus efeitos nos padrões hidrológicos e na erosão do solo se equilibram. / The agricultural expansion in Brazil drives land use changes due to the higher demand of internal and external markets for food, fiber and fuel. However, the effects and processes that result from these changes on hydrological cycle and soil conservation are not well explored in an experimental approach under tropical and subtropical climates. The land use is intense in the State of São Paulo, where the undisturbed woodlands in the Cerrado biome are fragmented and pasturelands are transformed in sugarcane plantations due to the higher sugar and ethanol demands. This thesis aims to comprehend the relations, trade-offs and variations of the water balance components and soil erosion processes under potential land use changes that can be found in southeastern Brazil: from natural landscapes (wooded Cerrado) to pastureland, sugarcane and bare soil. They were monitored in these different land uses: meteorological conditions, runoff, evapotranspiration, soil moisture content, soil erosion, and water table fluctuation. The land uses changes significantly influence the water balance, increasing the runoff (at least 14 mm yr-1) and decreasing evapotranspiration (at least 529 mm yr-1) when wooded Cerrado is substituted by pasture or sugarcane. Nevertheless, the soil water content available for deep percolation through the unsaturated zone and potential aquifer recharge in the wooded Cerrado tend to be smaller than in agricultural fields. Soil loss observations reveal that bare soil and sugarcane have the highest rates (16.00 ± 5.97 t ha-1 yr1 and 0.64 ± 0.49 t ha-1 yr-1, respectively). Additionally, there are similarities between the soil loss rates of pastureland (0.11 ± 0.04 t ha-1 yr-1) and wooded Cerrado (0.14 ± 0.06 t ha-1 yr-1). Due to the short-period observations of runoff and soil erosion, the use of a process-based model such as WEPP (Water Erosion Prediction Project) is a feasible alternative for simulations considering climatic variability under subtropical conditions. Projected climates reveal that in spite of significant increased rainfall (between 5% and 9%) in the most drastic scenarios, there are no significant changes on runoff and soil erosion rates in relation to the actual baseline climate. Finally, the hydrological stability and soil erosion control are benefits reached by the wooded Cerrado that contrast with the decrease in potential aquifer recharge in a dense vegetation area. Sugarcane and pasture are concurrent land uses and their effects on hydrological patterns and soil erosion are equivalent.

La connaissance des principales sources diffuses de sédiments permettrait d'améliorer l'utilisation des ressources publiques investies dans les stratégies de gestion des sols. Les méthodes de traçage (fingerprinting) conventionnelles basées sur la composition géochimique sont laborieuses et nécessitent une préparation importante des échantillons. Cette étude visait à rechercher les sources de sédiments dans des bassins versants agricoles du Rio Grande do Sul (sud du Brésil) et d'évaluer l'utilisation des outils spectroscopiques comme technique alternative. La superficie des bassins versants étudiés est comprise entre 0,80 et 2027 km². Les sources de sédiments correspondent aux terres cultivées, aux prairies, aux chemins agricoles et aux berges des cours d'eau. L'échantillonnage des sédiments est basé sur des préleveurs automatiques pour un suivi temporel, des prélèvements de sédiments fins du lit de la rivière, et lors d'événements de pluvieux. La concentration totale des traceurs géochimiques a été mesurée dans les échantillons de sédiments et de sols. Les mesures spectrales ont été faites dans la gamme ultraviolet-visible, proche infrarouge et infrarouge moyen pour le bassin versant d'Arvorezinha. Les deux méthodes, classiques et spectroscopiques, permettent de discriminer et de fournir la contribution des sources de sédiments. L'information spectrale peut être aussi précise que les traceurs géochimiques. En outre, la combinaison de paramètres de couleur dérivés du spectre dans le visible avec traceurs géochimiques était une façon rapide et peu coûteuse pour améliorer la discrimination entre les sources et la précision des prédictions. La contribution des sources de sédiments démontrent que d'autres facteurs que proportion de l'utilisation des terres, comme la distribution de terres agricoles, les forêts et les chemins agricoles dans le paysage, jouent un rôle important dans la production de sédiments. Forêt riparienne semble être un facteur clé de l'érosion des berges des cours d'eau. L'érosion due aux chemins agricoles semble être fortement liée échelle d'observation et dépend du nombre de points ou les routes traversent le réseau hydrographique. Les terres cultivées, même lorsque cultivées sans labour (semis direct), sont encore la principale source de sédiments dans les bassins versants agricoles dans le sud du Brésil. La quantité de sédiment produite par les terres cultivées et par unité de surface qui atteint efficacement le réseau de drainage variait de 0,06 à 3,95 tonnes ha-1 an-1. Ces variations sont partiellement liées au relief et à la pente, mais elles sont essentiellement influencées par l'utilisation des terres et la gestion des sols. La quantité de sédiments provenant des terres cultivées est encore trop élevée pour des zones de faible érosivité et cultivées sans labour du sol, comme le bassin versant de Conceição (1, tonnes ha-1 an-1). Ceci, indique que des efforts supplémentaires sont encore nécessaires pour réduire l'érosion du sol. Par conséquent, il est urgent de mieux planifier l'utilisation et l'occupation des terres dans ces bassins versants, dans la mesure où les systèmes de gestion des sols utilisés par les agriculteurs sont encore inefficaces pour réduire le ruissellement et l'érosion dans les zones cultivées dans le sud du Brésil. / The knowledge of the main diffuse sources of sediment production can enhance efficiency in the use of public resources invested in management strategies that seek to mitigate sediment transfer. Conventional fingerprinting methods based on geochemical composition are timeconsuming and require critical preliminary sample preparation. In this sense, spectroscopic methods can be less labor-intensive, cheap, and viable alternative for this purpose. The present study aimed to evaluate the sediment sources in agricultural catchments from Rio Grande do Sul State, Brazil, and to evaluate the potential use of spectroscopy measurements as a low cost and easy alternative to fingerprinting sediment sources. The total area of the study includes five catchments as Arvorezinha, Júlio de Castilhos 1, Júlio de Castilhos 2, Conceição, and Guaporé with areas of 1.19, 0.80, 1.43, 804.3, and 2,027.2 km², respectively. Sediment sources evaluated were crop fields, grasslands, unpaved roads, and stream channels. Sediment sampling strategy included time-integrated samplers, fine-bed sediments, and storm-event sediments. The total concentrations of several geochemical tracers were estimated in sediment and source samples. Spectral measurements were made for ultraviolet-visible, near-infrared, and mid-infrared ranges only for the Arvorezinha catchment. Source ascriptions obtained by alternative methods based on spectroscopy analysis were in agreement with ascriptions from classical fingerprinting method based on geochemical composition. Spectral information can be as precise as the geochemical tracers. Besides, combining visible-based-colour to geochemical tracers was a rapid and inexpensive way to enhance discrimination between source types and to improve precision of sediment sources apportionment. Findings of sediment source apportionment demonstrate that other factors than proportion of land use, such as distribution of croplands, forests, and unpaved roads in the landscape; play an important role in sediment production. Riparian forests seems to be a key factor for stream channel erosion. Unpaved roads seems to be strongly scale-related and dependent upon the number of points were roads across directly the stream network. The crop fields, even when cultivated with no-tillage, are still the main source of sediment in agricultural catchments in southern Brazil. The amount of sediment yielded from crop fields per unit of area that actually reaches the stream outlet ranged from 0.06 to 3.95 ton ha-1 yr-1. These variations are attributed partly to the relief and slope, but land use and soil management mostly influences them. The amount of sediment originated from crop fields are still too high for low susceptible areas with no-till, as Conceição catchment (1.30 ton ha-1 yr-1), indicating that further efforts are still necessary to further reduce soil erosion. Therefore, there is an urgent need to better plan land use and occupation in these catchments, inasmuch as the soil management systems used by farmers are still inefficient to reduce runoff and erosion in areas with crops in southern Brazil. / O conhecimento das principais fontes difusas de sedimentos pode aumentar a eficiência de utilização dos recursos investidos em estratégias de gestão que visem mitigar a transferência de sedimentos aos cursos d'água. Métodos convencionais baseados na composição geoquímica ainda tem alto custo, são onerosos e demandam preparação preliminar crítica das amostras. Dessa forma, métodos espectroscópicos podem ser uma alternativa menos trabalhosa, mais rápida e viável para esse propósito. Objetivou-se com o presente trabalho avaliar a contribuição das fontes de sedimentos em bacias hidrográficas agrícolas do estado do Rio Grande do Sul, e avaliar o potencial uso da espectroscopia como uma alternativa para traçar a origem dos sedimentos. As áreas de estudo são representativas dos principais impactos da agricultura nos recursos hídricos no estado. A área total das bacias hidrográficas de Arvorezinha, Júlio de Castilhos 1, Júlio de Castilhos 2, Conceição e Guaporé é de 1,19, 0,80, 1,43, 804,3 e 2.031 km², respectivamente. As fontes de sedimento avaliadas foram lavouras, pastagens, estradas e canais da rede de drenagem. A estratégia de amostragem de sedimentos incluiu coleta com amostradores do tipo integrador no tempo, sedimento de fundo e sedimento coletado durante eventos pluviométricos. A concentração de vários traçadores geoquímicos foram estimados nas amostras de sedimento e das fontes. Análises espectroscópicas foram realizadas na região do ultravioleta-visível, infravermelho próximo e infravermelho médio na bacia hidrográfica de Arvorezinha. A contribuição das fontes estimadas pelos métodos espectroscópicos foram similares às obtidas com traçadores geoquímicos. Além disso, a combinação de parâmetros de cor derivados da faixa espectral do visível pode ser uma alternativa rápida e de baixo custo para melhorar a discriminação das fontes e aumentar a precisão das predições. Os resultados demonstram que outros fatores além da proporção do uso do solo são importantes na produção do sedimento, como a distribuição das lavouras, florestas e estradas na paisagem. As florestas ripárias exercem um fator chave na erosão dos canais de drenagem. As estradas parecem ser fortemente dependentes da escala e do número de pontos em que cruzam os canais de drenagem. As lavouras, mesmo cultivadas sob plantio direto, ainda são as principais fontes de sedimentos nas bacias hidrográficas rurais do sul do Brasil. A quantidade de sedimento produzida nas lavouras que atinge a rede fluvial variou de 0.06 a 3.95 ton ha-1 ano-1. Essa variação é devida em parte às condições naturais intrínsecas de relevo e fortemente influenciada pelo uso e manejo do solo. A quantidade de sedimento erodida das lavouras ainda são muito elevadas para áreas de baixa susceptibilidade à erosão manejadas sob plantio direto, como na bacia hidrográfica do Conceição (1.30 ton ha-1 ano-1), indicando que maiores esforços ainda são necessários para reduzir a erosão do solo. Existe uma necessidade urgente de planejar a utilização e ocupação da terra nessas bacias, uma vez que os sistemas de manejo do solo utilizados pelos agricultores ainda são ineficientes para reduzir a erosão nas lavouras no sul do Brasil.

Deforestation of the Brazilian savanna (Cerrado) region has caused major changes in hydrological processes. These changes in water balance and soil erosion are still poorly understood, but are important for making land management decisions in this region. Therefore, it is necessary to understand the magnitudes of hydrological processes and soil erosion changes on local, regional and continental scales, and the consequences that are generated. The main objective of the study presented in this doctoral thesis was to better understand the mechanism of hydrological processes and soil erosion in the Cerrado. To achieve that, I worked with different scales (hillslope, watershed and continental) and using data from experimental field, laboratory, and remote sensing. The literature review reveals that the annual rainfall erosivity in Brazil ranges from 1672 to 22,452 MJ mm ha-1 h-1 yr-1. The smallest values are found in the northeastern region, and the largest in the north and the southeastern region. I found that the canopy interception may range from 4 to 20% of gross precipitation and stemflow around 1% of gross precipitation in the cerrado. The average runoff coefficient was less than 1% in the plots under cerrado and that the deforestation has the potential to increase up to 20 fold the runoff coefficient value. The results indicate that the Curve Number method was not suitable to estimate runoff under undisturbed Cerrado, bare soil (hydrologic soil group A), pasture, and millet. Therefore, in these cases the curve number is inappropriate and the runoff is more aptly modeled by the equation Q = CP, where C is the runoff coefficient. The water balance from the remote sensing data across the Brazilian Cerrado indicates that the main source of uncertainty in the estimated runoff arises from errors in the TRMM precipitation data. The water storage change computed as a residual of the water budget equation using remote sensing data (TRMM and MOD16) and measured discharge data shows a significant correlation with terrestrial water storage change obtained from the GRACE data. The results show that the GRACE data may provide a satisfactory representation of water storage change for large areas in the Cerrado. The average annual soil loss in the plots under bare soil and cerrado were 15.25 t ha-1 yr-1 and 0.17 t ha-1 yr-1, respectively. The Universal Soil Loss Equation cover and management factor (C-factor) for the plots under native cerrado vegetation was 0.013. The results showed that the surface runoff, soil erosion and C-factor for the undisturbed Cerrado changes between seasons. The greatest C-factor values were found in the summer and fall. The results found in this doctoral thesis provide benchmark values of the water balance components and soil erosion in the Brazilian Cerrado that will be useful to evaluate past and future land cover and land use changes for this region. In addition, I conclude that the remote sensing data are useful to evaluate the water balance components over Cerrado regions, identify dry periods, and assess changes in water balance due to land cover and land use change. / 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. Para tanto, utilizou-se diferentes escalas de trabalho (vertentes, bacias hidrográficas e continental) e usando dados experimentais in situ, de laboratório e a partir de sensoriamento remoto. O estudo de revisão de literatura indica que a erosividade da chuva no Brasil varia de 1672 to 22,452 MJ mm ha-1 h-1 yr-1. Os menores valores encontram-se na região nordeste e os maiores nas regiões norte e sudeste do Brasil. Verificou-se que os valores de interceptação da chuva variam de 4 a 20% e o escoamento pelo tronco aproximadamente 1% da precipital total no cerrado. O coeficiente de escoamento superficial foi menor que 1% nas parcelas de cerrado e o desmatamento tem o potencial de aumentar em até 20 vezes esse valor. Os resultados indicam que o método Curve Number não foi adequado para estimar o escoamento superficial nas áreas de cerrado, solo exposto (grupo hidrológico do solo A), pastagem e milheto. Portanto, nesses casos o uso do CN é inadequado e o escoamento superficial é melhor estimado a partir da equação Q = CP, onde C é o coeficiente de escoamento superficial. O balanço hídrico a partir de dados de sensoriamento remoto para todo o Cerrado Brasileiro indica que a principal fonte de incerteza na estimativa do escoamento superficial ocorre nos dados de precipitação do TRMM. 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. Os dados do GRACE podem representar satisfatoriamente a variação de água na superfície terrestre para extensas regiões do Cerrado. A média anual de perda de solo nas parcelas de solo exposto e cerrado foram de 15.25 t ha-1 yr-1 and 0.17 t ha-1 yr-1, respectivamente. O fator uso e manejo do solo (fator C) da Universal Soil Loss Equation para o cerrado foi de 0.013. Os resultados mostraram que o escoamento superficial, erosão do solo e o fator C na área de cerrado variam de acordo com as estações. Os maiores valores do fator C foram encontrados no verão e outono. Os resultados encontrados nesta tese de doutorado fornecem valores de referência sobre os componentes do balanço hídrico e erosão do solo no Cerrado, que podem ser úteis para avaliar o uso e cobertura do solo atual e futuro. Além disso, conclui-se que os dados de sensoriamento remoto apresentam resultados satisfatórios para avaliar os componentes do balanço hídrico no Cerrado, identificar os períodos de seca e avaliar as alterações no balanço hídrico devido à mudanças de uso e cobertura do solo.

Deforestation of the Brazilian savanna (Cerrado) region has caused major changes in hydrological processes. These changes in water balance and soil erosion are still poorly understood, but are important for making land management decisions in this region. Therefore, it is necessary to understand the magnitudes of hydrological processes and soil erosion changes on local, regional and continental scales, and the consequences that are generated. The main objective of the study presented in this doctoral thesis was to better understand the mechanism of hydrological processes and soil erosion in the Cerrado. To achieve that, I worked with different scales (hillslope, watershed and continental) and using data from experimental field, laboratory, and remote sensing. The literature review reveals that the annual rainfall erosivity in Brazil ranges from 1672 to 22,452 MJ mm ha-1 h-1 yr-1. The smallest values are found in the northeastern region, and the largest in the north and the southeastern region. I found that the canopy interception may range from 4 to 20% of gross precipitation and stemflow around 1% of gross precipitation in the cerrado. The average runoff coefficient was less than 1% in the plots under cerrado and that the deforestation has the potential to increase up to 20 fold the runoff coefficient value. The results indicate that the Curve Number method was not suitable to estimate runoff under undisturbed Cerrado, bare soil (hydrologic soil group A), pasture, and millet. Therefore, in these cases the curve number is inappropriate and the runoff is more aptly modeled by the equation Q = CP, where C is the runoff coefficient. The water balance from the remote sensing data across the Brazilian Cerrado indicates that the main source of uncertainty in the estimated runoff arises from errors in the TRMM precipitation data. The water storage change computed as a residual of the water budget equation using remote sensing data (TRMM and MOD16) and measured discharge data shows a significant correlation with terrestrial water storage change obtained from the GRACE data. The results show that the GRACE data may provide a satisfactory representation of water storage change for large areas in the Cerrado. The average annual soil loss in the plots under bare soil and cerrado were 15.25 t ha-1 yr-1 and 0.17 t ha-1 yr-1, respectively. The Universal Soil Loss Equation cover and management factor (C-factor) for the plots under native cerrado vegetation was 0.013. The results showed that the surface runoff, soil erosion and C-factor for the undisturbed Cerrado changes between seasons. The greatest C-factor values were found in the summer and fall. The results found in this doctoral thesis provide benchmark values of the water balance components and soil erosion in the Brazilian Cerrado that will be useful to evaluate past and future land cover and land use changes for this region. In addition, I conclude that the remote sensing data are useful to evaluate the water balance components over Cerrado regions, identify dry periods, and assess changes in water balance due to land cover and land use change. / 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. Para tanto, utilizou-se diferentes escalas de trabalho (vertentes, bacias hidrográficas e continental) e usando dados experimentais in situ, de laboratório e a partir de sensoriamento remoto. O estudo de revisão de literatura indica que a erosividade da chuva no Brasil varia de 1672 to 22,452 MJ mm ha-1 h-1 yr-1. Os menores valores encontram-se na região nordeste e os maiores nas regiões norte e sudeste do Brasil. Verificou-se que os valores de interceptação da chuva variam de 4 a 20% e o escoamento pelo tronco aproximadamente 1% da precipital total no cerrado. O coeficiente de escoamento superficial foi menor que 1% nas parcelas de cerrado e o desmatamento tem o potencial de aumentar em até 20 vezes esse valor. Os resultados indicam que o método Curve Number não foi adequado para estimar o escoamento superficial nas áreas de cerrado, solo exposto (grupo hidrológico do solo A), pastagem e milheto. Portanto, nesses casos o uso do CN é inadequado e o escoamento superficial é melhor estimado a partir da equação Q = CP, onde C é o coeficiente de escoamento superficial. O balanço hídrico a partir de dados de sensoriamento remoto para todo o Cerrado Brasileiro indica que a principal fonte de incerteza na estimativa do escoamento superficial ocorre nos dados de precipitação do TRMM. 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. Os dados do GRACE podem representar satisfatoriamente a variação de água na superfície terrestre para extensas regiões do Cerrado. A média anual de perda de solo nas parcelas de solo exposto e cerrado foram de 15.25 t ha-1 yr-1 and 0.17 t ha-1 yr-1, respectivamente. O fator uso e manejo do solo (fator C) da Universal Soil Loss Equation para o cerrado foi de 0.013. Os resultados mostraram que o escoamento superficial, erosão do solo e o fator C na área de cerrado variam de acordo com as estações. Os maiores valores do fator C foram encontrados no verão e outono. Os resultados encontrados nesta tese de doutorado fornecem valores de referência sobre os componentes do balanço hídrico e erosão do solo no Cerrado, que podem ser úteis para avaliar o uso e cobertura do solo atual e futuro. Além disso, conclui-se que os dados de sensoriamento remoto apresentam resultados satisfatórios para avaliar os componentes do balanço hídrico no Cerrado, identificar os períodos de seca e avaliar as alterações no balanço hídrico devido à mudanças de uso e cobertura do solo.