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MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
Nivaldo Eduardo Rizzi
Eder Zanetti
Engenharia Florestal Graduação - Mestrado - Doutorado - Pós-Doutorado
Ciclagem de Nutrientes
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Conteúdo
• Ciclagem de nutrientes;• Passivo ambiental de nutrientes na água;• Agricultura e água;• PSA de água;• Perspectiva de futuro
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Nutrientes = elementos essenciais aos seres vivos
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LBA, 2010
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The Nitrogen CycleAtmospheric
nitrogen
Atmosphericfixation
and deposition
Animalmanures
and biosolids
Industrial fixation(commercial fertilizers)
Crop harvest
Volatilization
Denitrification
Runoff anderosion
Leaching
Organicnitrogen
Ammonium(NH4)
Nitrate(NO3)
Plant residues
Biologicalfixation by
legume plants Plantuptake
Immobilization
Immobilization
Mineralization
Mineralization
Input to soilComponent Loss from soil
-
+
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The Phosphorus CycleAnimal
manuresand biosolids Mineral
fertilizers
Crop harvest
Runoff anderosion
Leaching(usually minor)
Organic phosphorus•Microbial•Plant residue•Humus
Primaryminerals(apatite)
Plant residues
Plantuptake
Soil solutionphosphorus•HPO4
-2
•H2PO4-1
Secondarycompounds
(CaP, FeP, MnP, AlP)
DissolutionDissolution
PrecipitationPrecipitation
Mineralsurfaces
(clays, Fe and Al oxides,
carbonates)W
eath
erin
g
Wea
ther
ing
AdsorptionAdsorption
Mineralization
Mineralization
Immobilization
ImmobilizationDesorptionDesorption
Input to soilComponent Loss from soil
Atmosphericdeposition
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The Potassium CycleAnimal
manuresand biosolids
Mineralfertilizers
Crop harvest
Runoff anderosion
Leaching
Soil solution potassium (K+)
Plant residues
Plantuptake
Mineralpotassium
Fixedpotassium
Exchangeable potassium
Input to soilComponent Loss from soil
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The Sulfur Cycle
Animalmanures
and biosolids
Mineralfertilizers
Crop harvest
Runoff anderosion
Leaching
Absorbed ormineral sulfur
Plant residues
Plantuptake
SulfateSulfur(SO4)
Atmosphericsulfur
Elementalsulfur
Organicsulfur Immobilization
Immobilization
MineralizationMineralization
Bacterial reduction
Bacterial reduction
Bacterial oxidation
Bacterial oxidationOxid
atio
n
Oxid
atio
n
SOSO22 gas gas
Reduced sulfur
Input to soilComponent Loss from soil
VolatilizationAtmosphericdeposition
-
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Florestas
LUIZAO,2007
Ciclo de elementos em um ecossistema florestal e desenvolvimento futuro em função das variáveis atmosféricas – balanço hidrológico (PATTERSON,2007)
CASTANEA – Simula ao mesmo tempo o balanço de carbono e hídrico das florestas (fotossíntese, respiração, fluxo e carbono, SOC e hidrologia)
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A deposição média anual de serapilheira foi de 4.519,1 kg ha-1, mostrando-se variável no decorrer dos três anos de estudos. O aporte total de macronutrientes ao solo, em kg ha-1 ano-1, foi de: 28,7 de Ca; 27,3 de N; 4,8 de Mg; 4,6 de K; 2,4 de S e 1,8 de P e o aporte de micronutrientes, em g ha-1 ano-1, foi de: 6.689,7 de Mn; 1.092,9 de Fe; 142,8 de Zn; 60,0 de B e 16,7 de Cu.
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A hidrologia do solo nos Latossolos Amarelos sofre fortes variações sazonais, porém com pequenas mudanças no conteúdo de água do solo, devido a baixa disponibilidade de água nos solos predominantes (Nortcliff & Thornes 1981).A biomassa aérea da floresta foi estimada em 324 t ha-1 (Higuchi et al. 1998)teores de nutrientes aumentem da base da árvore para a copa:
maiores estoques encontram-se nos troncos (46-57% para árvores com DAP até 45 cm e 28-53% para DAP > 45 cm);
Os galhos mais finos (diâmetro até 1 cm) têm teores iguais ou similares aos das folhas da árvore (BIONTE 1997).
A queda e a decomposição de liteira fina - maior entrada anual de nitrogênio (151 kg ha-1), de cálcio (37 kg ha-1) e de magnésio (14,2 kg ha-1) para o ecossistema
chuvas - maior fonte de fósforo (5 kg ha-1) e o escoamento interno da floresta, pela lavagem da vegetação, constitui-se na maior entrada de potássio para o solo da floresta (24 kg ha-1) (Brinkmann 1989; Luizão 1989).
Na floresta intacta, as perdas de nutrientes é reduzida para todos os nutrientes (Brinkmann 1989): estoque de liteira fina 7,9 t ha-1;
estoque de liteira grossa nas Reservas do Cuieiras e INPA/SI: 30 t ha-1.
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WWDR 3, 2009
Fontes de água utilizadas globalmente e pelos principais setores (2000)
Todos Água para beber
Irrigação Indústria e energia
Água da superfície
Água da superfície
Água da superfícieÁgua da superfície
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WWDR 3, 2009
Importância das chuvas e da irrigação artificial na agricultura
Irrigação
Chuva
Mundo:7,1 mil km 3
(80% Chuvas)
50 % de chuvas;75 % de chuvas;50 % de irrigação;75 % de irrigação
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WWDR, 2009
Uso de água subterrânea para irrigação (1995-2005)
Uso de água subterrânea para beber (1995-2005)
Retirada anual(km3)
Retirada anual(km3)
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Água na Agricultura• No nível de planta, o aumento da produtividade depende da melhoria do
germoplasma: – Aumento do vigor das sementes;– Maior profundidade das raízes;– Ampliar o nível de aproveitamento da colheita (harvest index – quantidade de partes
comerciais da planta em relação a biomassa total) e;– Melhorar a eficiência fotossintética
• O melhoramento genético das variedades modernas de grãos aumentou a eficiência no uso da água:
– Três vezes mais eficiente no arroz• A engenharia genética vai permitir superar obstáculos para desenvolvimento de cultivares
de maior produtividade e resistentes a seca
FAO, 2010
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Água na Agricultura
• No nível de propriedade rural, a maior produtividade demanda mudanças no gerenciamento de água e solos:
– Seleção de espécies e cultivares adequados;– Melhores prática de plantio (nivelamento de solo etc);– Plantio direto;– Sincronizar a aplicação da água com a época mais sensível para o crescimento;– Otimizar o sistema de drenagem para o controle do lençol freático
• Todas as práticas agrícolas que reduzam a evaporação da água (variação dos espaçamentos, cultivos temporários etc), influenciam, o aumento da produtividade hídrica das culturas;
• A melhoria do gerenciamento dos nutrientes aumenta proporcionalmente mais a produtividade do que a evapotranspiração – estão relacionadas;
• O stress hídrico pela falta de água diminui proporcionalmente menos a produtividade do que a transpiração
FAO, 2010
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Evolução da Área Disponível para Agricultura
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Perdas de solo e água, a demanda química de oxigênio, a condutividade elétrica e o pH da enxurrada, associados à erosão entre sulcos, sob chuva simulada, em área cultivada sob semeadura direta e submetida às adubações mineral e orgânica.Os tratamentos estudados foram:
(a) adubação mineral, constituída de NPK; (b) adubação orgânica, constituída de dejeto líquido de suíno – DLS; e (c) sem adubação ou testemunha - T.
As maiores perdas de solo e água no experimento foram observadas no tratamento DLS,independentemente das chuvas simuladas (exceto a perda de solo na última chuva, que foi a mais elevada), com os tratamentos NPK e T tendo apresentado resultados semelhantes. Os valores mais elevados de demanda química de oxigênio, condutividade elétrica e pH da enxurrada também foram observados no tratamento DLS, enquanto os mais baixos ocorreram no tratamento T (exceto a demanda química de oxigênio no tratamento NPK, que também foi baixa), independentemente das chuvas simuladas.
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Água Cinza
• O impacto da poluição da água pode ser medido através da quantificação dos volumes necessários para a diluição os resíduos lançados até o ponto em que a qualidade da água permanece abaixo de padrões de qualidade pré-estabelecidos;
• Água Cinza é o volume de água poluída que está associada a produção de bens e serviços;
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Índice de Qualidade de Água• Parâmetros convencionais:
– Temperatura;– pH;– Bactérias coliformes fecais;– Total de sólidos em suspensão;– Oxigênio dissolvido e;– Nutrientes (N2, Fósforo etc)
• Observar ocorrência de eventos extremos na proximidade da data de coleta – distúrbios e desvios;
• Níveis de qualidade:– Baixa preocupação: 80 a 100 pontos;– Média preocupação: 40 a 79 pontos;– Alta precocupação: até 39 pontos
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WHO/UNICEF, 2009
Saneamento BásicoHouve incremento de 779 milhões de pessoas atendidas por
saneamento básico1 bilhão de pessoas nas áreas rurais ainda praticam a
defecação a céu aberto
Cobertura de saneamento básico nas zonas rurais (2006)
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WWDR 3, 2009
Atividades humanas que produzem nitrogênio inorgânico dissolvido, nitrogênio orgânico, fósforo inorgânico e fósforo orgânico nas zonas costeiras
Atividades humanas que produzem nitrogênio inorgânico dissolvido, nitrogênio orgânico, fósforo inorgânico e fósforo orgânico nas zonas costeiras
Antropogênica
Antropogênica
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Passivo Ambiental - Água
• Todo dia, 2 milhões ton de resíduos de esgoto são depositados nos cursos d’água. Nos países em desenvolvimento:
– 90 % de esgoto diretamente na água superficial;– 70 % de lixo industrial sem tratamento na água superficial;
• As projeções do aumento do uso de fertilizantes para produção de alimentos, e os efluentes de resíduos líquidos, para as próximas 3 décadas, indica um incremento de 10 a 20 % do fluxo de nitrogênio dos rios para os ecossistemas costeiros
• Entre 1991 e 2000, mais de 650 mil pessoa morreram em 2,6 mil desastres naturais – 90 % relacionados com a água
UN WATER, 2010
Contribuição do setor de alimentos para a produção de poluentes orgânicos da água
Renda elevada
Países de baixa renda
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![Page 31: MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ Nivaldo Eduardo Rizzi Eder Zanetti niva@ufpr.br eder.zanetti@fulbrightmail.org Engenharia](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062700/552fc162497959413d8e99e9/html5/thumbnails/31.jpg)
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http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.cgd.ucar.edu/research/profiles/images/2008/rosenbloom1.jpg&imgrefurl=http://www.cgd.ucar.edu/research/profiles/2009/rosenbloom.profile.html&usg=__V3q6vPsK0lNF_p5JzH28Y5B7oS0=&h=637&w=570&sz=148&hl=fr&start=63&um=1&itbs=1&tbnid=jIgJ26GdvTCY_M:&tbnh=137&tbnw=123&prev=/images%3Fq%3Dnutrient%2Bcycle%26start%3D42%26um%3D1%26hl%3Dfr%26sa%3DN%26rlz%3D1R2TSCA_frCA363%26ndsp%3D21%26tbs%3Disch:1
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Política Nacional de PSA
• Política Nacional dos Serviços Ambientais, cria o Programa Federal de Pagamento por Serviços Ambientais e estabelece formas de controle e financiamento deste Programa.– Parágrafo único. A Política Nacional dos Serviços
Ambientais tem como objetivo disciplinar a atuação do Poder Público em relação aos serviços ambientais, de forma a promover o desenvolvimento sustentável e a aumentar a provisão desses serviços em todo território nacional.
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Condições de participação – PSA Nacional
• Vedada a participação de uma mesma propriedade em mais de um dos subprogramas:– Floresta;– RPPN e;– Água
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Serviços Ambientais
Os benefícios dos ecossistemas incluem:• Serviços de suprimento: de necessidades como
comida, água, madeira e fibras• Serviços regulatório: que afetam clima, enchentes,
doenças, resíduos e qualidade da água• Serviços culturais: recreação, estética e espirituais• Serviços de suporte: conservação da
biodiversidade, formação de solo, fotosíntese e ciclagem de nutrientes
Source: Millennium Ecosystem Assessment, 2005
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Estado da Arte
• EUA / EPA (Environmental Protection Agency):– Agência Nacional de Serviços Ambientais- Comércio de créditos ambientais:
- Qualidade da água;- Qualidade do ar;- Biodiversidade
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TMDL• increasing number of so-called “ TMDLs” (Total Maximum Daily Loads) being developed by states and
US EPA as mandated by the CWA.• A TMDL is the maximum amount of pollution that a water body can assimilate without violating state
water quality standards, and individual states determine the specific TMDLs for specific pollutants in specific bodies of water.
• TMDLs don’t just cover chemicals, but also things like temperature. In theory, they can act /as de-facto caps for emissions in cap-and-trade water schemes, and approaches based on TMDLs and a handful of other tools are already being tested across the United States.
• The calculations themselves are complex and the subject of much debate, but the existence of TDMLs identifies the sources and estimates the quantity of pollutants targeted for possible trading. This debate, in part, helps create the driver for a market – for in a well-structured market, the price of a pollutant will be tied to the actual amount of reduction necessary to meet the TMDL, and not to an arbitrary cap.
• Water quality trading can also occur on a “non-TMDL” waterbody (one that is not impaired or one that the government has not gotten around to developing a TMDL for), and trading can occur much sooner because nonpoint sources do not have to meet the TMDL minimum before a trade can occur. This is generally referred to as “pre-TMDL” trading.
• This allowance was made because the TMDL minimum threshold may, in many cases, be too high and too expensive for nonpoint sources to meet, and could discourage them from pursuing a trade.
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Escritório de Serviços Ambientais• O Departamento de Agricultura dos EUA (USDA), abriu o Escritório de Serviços e Mercados
dos Ecosssitemas (Office of Ecosystem Services and Markets - OESM) em 2008, sob a batuta do Serviço Florestal de Sally Collins, destinado a introduzir os mecanismos de mercado nas políticas florestais do setor.
• UNITED STATES DEPARTMENT OF AGRICULTURE OFFICE OF THE SECRETARY• WASHINGTON, D.C. 20250
• December 15, 2008• SECRETARY’S MEMORANDUM 1056-001
• Establishment of the Office of Ecosystem Services and Markets
“os agricultores, fazendeiros e reflorestadores do País fornecem bens e serviços vitais para a sociedade – ativos naturais chamados de “serviços ambientais”. O Escritório de Serviços e Mercados dos Ecosssitemas vai permitir que
os agricultores dos EUA tenham melhores condições de competitividade, comercializem os seus serviços por todo o mundo e produzam contribuições ainda mais significativas
para o meio ambiente."
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Política de MÚLTIPLOS SERVIÇOS AMBIENTAISPolítica de MÚLTIPLOS SERVIÇOS AMBIENTAIS
Redução do risco de fogoRedução do risco de fogoEliminação de agrotóxicosEliminação de agrotóxicosTroca de matriz energética Troca de matriz energética Recuperação de APP e ARLRecuperação de APP e ARL
Desmatamento evitadoDesmatamento evitado
Seqüestro de CarbonoSeqüestro de CarbonoConservação do SoloConservação do Solo
Conservação da Água Conservação Conservação da Água Conservação da Biodiversidadeda Biodiversidade
Transição para uma agricultura de bases ecológicasTransição para uma agricultura de bases ecológicas
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Inventário de Pegada HídricaOperacional: o uso direto de água pela produção, manufatura ou atividades
de suportePegada Hídrica da Cadeia Produtiva: o uso indireto de água ao longo da
cadeia produtiva
WFN, 2009
Fazenda Processamento Distribuidor Consumidor
Fluxo de água virtual
Fluxo de água virtual
Fluxo de água virtual
Água verde
Água azul
Água cinza Água cinza Água cinza Água cinzaÁgua azul
Água azul
Água azul
PH Operacional
PH da Cadeia Produtiva PH do Uso final do Produto
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Perspectiva de Futuro
Limitar a implantação de atividades pelo risco de escassez de água na bacia hidrográfica
WBCSD, 2009
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Fazendas Verticais
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Fazendas Verticais
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Fazendas Verticais
• Ocupar espaços nas cidades;• Produção agrícola, pecuária e florestal;• Diminui gastos com transporte;• Espaços verdes – reciclagem, limpeza do ar;• Tendência para grandes cidades;• Fazenda com 5 andares:
– US$ 20 a 30 milhões (Nova Iorque) (DESPOMMIER, 2003)
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Fazenda Vertical
• Cidade com 50 mil pessoas:– Animais, peixes e plantas em cultivo orgânico;– Neutralidade em emissões (sólidas, líquidas e
gasosas);– Converter Água Cinza em água potável
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Fazenda Vertical – 50 mil pessoas
• Produção:– Alface;– Pepino;– Berinjela;– Morango;– Cenoura;– Espinafre;– Soja;– Ervilha;– Tomate;– Trigo;– Batata;– Frango;– Tilápia
• Gerenciamento de Resíduos:– 2.380 m3 / ano