utilização de sig para avaliação e monitoramento da água em uma

Utilização de SIG para avaliação e monitoramento da água em uma propriedade rural

Cassiane Jrayj de Melo Victoria Bariani 1 Reimar Carlesso1 Paulo Pazdiora2

Nelson Mario Victoria Bariani2

1 Universidade Federal de Santa Maria - UFSM Cidade Universitária, Camobi, Km 9 - 97105-900 - Santa Maria - RS, Brasil

{cassiane.victoria, reimar.carlesso}@gmail.com

2 Universidade Federal do Pampa - UNIPAMPA Rua Luiz Joaquim de Sá Sabrito, s/n - 97650-000 - Itaqui - RS, Brasil

[email protected]; [email protected]

Abstract. The dynamics and characteristics of land use change constantly, modifying their chemical, physical and biological variables, causing a series of interactions between environment components. Government agencies and research groups, need to monitor and interpret these dynamics as requirements for planning and scientific understanding. The understanding of the monitoring results and the dynamics of land use allows better visualization of problems and accelerates decision making. Following these ideas, this study aims to characterize and monitor a farm land, identifying characteristics of topography and water quality in a rice paddy field. The study was conducted in a rural area of Itaqui in Rio Grande do Sul, Brazil. Satellite radar images (SRTM) were used for morphometric characterization. Portable electrodes were used for electrical conductivity and dissolved oxygen measurements of the irrigation water. The data obtained by processing the remote sensing images and the in situ physicochemical measurements were organized in a geo-relational database using free geoprocessing software (Spring, Scarta) produced by the brazilian National Space Agency (INPE) . Maps were generated for hipsometry, slope, dynamic electrical conductivity and dissolved oxygen. The results showed that, during the period of this research, water entered the rice crop with an electrical conductivity of 182μS and returned to the environment with an electrical conductivity greater than 400μS. Palavras-chave: Spring, remote sensing, irrigated rice, water quality, Spring, sensoriamento remoto, arroz irrigado, qualidade da água. 1. Introdução

A dinâmica e o uso das terras mudam constantemente modificando suas características químicas, físicas e biológicas, o que ocasiona uma serie de interações entre os ambientes. Monitorar, planejar e interpretar essas dinâmicas está sendo exigências dos órgãos governamentais e de pesquisa. O entendimento da dinâmica e monitoramento do uso da terra possibilita uma melhor visualização dos problemas assim como acelera a tomada de decisão. Por esses motivos que atualmente a integração de dados de sensoriamento remoto em SIG está sendo cada vez mais desejável sendo difícil de visualizá-los isoladamente.

Por outro lado, a otimização do uso do solo e da água, principalmente pela agricultura, é um fator primordial nos dias de hoje, devido ao crescimento populacional e consequente demanda global por alimentos. A cultura do arroz irrigado, característica da região sob estudo, esta em busca de alternativas que melhore o manejo do uso da água, bem como sua qualidade de forma a chegar a técnicas que sejam econômicas e ambientalmente sustentáveis. Destaca-se também a forte interação do manejo da água com as demais práticas de manejo da cultura, influenciando em seu desempenho.

Os cuidados com a água utilizada para irrigação são fundamentais para a sustentabilidade do processo produtivo da lavoura de arroz irrigado por inundação. A localização geográfica das lavouras de arroz, próximas a rios e outras fontes de água, exige a adoção de práticas de manejo que evitem ao máximo a saída da água das lavouras. Os agroquímicos utilizados na

Anais XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 13 a 18 de abril de 2013, INPE

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lavoura podem ter na água de irrigação o meio mais rápido de atingir mananciais hídricos e afetar organismos “não alvos”, proporcionando contaminação ambiental com impactos negativos. Além de agrotóxicos, a água de drenagem da lavoura pode conter fertilizante e solo.

O manejo de manter a água de irrigação na lavoura inicia no estabelecimento da irrigação definitiva da lavoura e continua até o final do ciclo. No início, o potencial de contaminação está mais relacionado a nutrientes, herbicidas, inseticidas e solo, dependendo do sistema de cultivo adotado. Ao final do ciclo tem maior relação com inseticidas e fungicidas utilizados para proteção das plantas (SOSBAI 2010).

Em qualquer sistema de cultivo, recomenda-se evitar o extravasamento da água da lavoura durante todo o período de cultivo de arroz e, se for necessário retirar a água, não fazê-lo antes de completar 30 dias da aplicação de agrotóxicos, efetuando-se apenas a reposição para manutenção da lâmina (Ibidem).

Portanto, deve-se monitorar periodicamente a estrutura da lavoura evitando que as perdas de água aconteçam antes do período de segurança estabelecido em 30 dias. Esse período deve ser respeitado, pois quando a água da lavoura fica estável, as concentrações de produtos químicos acabam diminuindo, pela absorção das plantas e decomposição.

Em nível de propriedade o monitoramento torna-se uma ferramenta de alto potencial gerencial, pois possibilita ao agricultor ter um melhor controle dos fatores que possam afetar a produção, bem como uma possível contaminação do ambiente. Por esses motivos este trabalho tem por objetivo caracterizar e monitorar uma propriedade rural identificando características de relevo e de qualidade da água em lavoura de arroz irrigado.

1.1. Área de Estudo

A propriedade esta localizada no município de Itaqui entre as latitudes sul 29° 10' 12" e 28° 08' 52" e longitudes oeste 56° 29' 57" e 56° 28' 25" (Figura 1). Possui um perímetro de 13.838,43 metros e uma área de 422,0339 hectare, sendo esta destinada a agricultura e pecuária, com o uso do solo utilizado para a produção de pastagens e cultivo de arroz irrigado.


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Figura 1. Mapa de localização da área de estudo: (a) América do Sul; (b) Rio Grande do Sul; (c) Itaqui; (d) Área de estudo e mapa de hipsometria. 2. Metodologia de Trabalho

Para a caracterização geomorfométricas foram utilizados dados de radar provenientes da missão SRTM. As imagens podem ser adquiridas gratuitamente pelo site da EMBRAPA no endereço eletrônico: http://www.relevobr.cnpm.embrapa.br/download/index.htm. Também foram monitorados nove pontos dentro da propriedade, em uma lavoura de arroz irrigado, no qual foram analisadas variáveis de oxigênio dissolvido (oxímetro digital portátil modelo MO-900) e condutividade elétrica (condutivímetro digital portátil modelo CDR870).

As informações provenientes de sensoriamento remoto e de qualidade da água foram organizadas e analisadas em um SIG. Para isso utilizou-se do software Spring na sua versão 5.1.5. Dentro do ambiente SIG foram inseridas informações de declividade e hipsometria do terreno, além das variáveis de qualidade da água: a) oxigênio dissolvido (OD); e b) condutividade elétrica (CE), em nove pontos em uma lavora de arroz irrigado.

Para a elaboração dos mapas foi utilizado o aplicativo Scarta, complemento do Spring. Foram geradas cartas de hipsometria, declividade, dinâmica do oxigênio dissolvido e da condutividade elétrica. Os mapas de OD e CE foram elaborados a partir da utilização do interpolador vizinho mais próximo. Segundo Botelho et al. (2005), o algoritmo de “vizinho mais próximo” é o método mais simples, tem como principal característica, assegurar que o valor interpolado seja um dos valores originais, ou seja, não gera novos valores.

3. Resultados e Discussão Os resultados revelam que a área da propriedade possui altitudes que variam entre 30 a 90 metros, onde a variação altimetrica se dá de uma cota alta ao sul para uma cota mais baixa ao norte (Figura 1). Apresenta declividade entre 0 a 2,5% (Figura 2) correspondendo a um terreno plano (EMBRAPA, 1999). O banco de dados geo-relacional criado (Figura 3) apresenta, na forma de tabela, a condutividade elétrica e o oxigênio dissolvido analisado, bem como a localização dos nove pontos analisados. As linhas destacadas em verde claro na tabela foram selecionadas e se correspondem com os pontos no mapa na mesma cor. Quando se cria um banco de dados no Spring com análises de pontos endereçados, onde se tenha as coordenadas (latitude e longitude) do ponto e uma terceira variável, que neste caso é a condutividade elétrica e o oxigênio dissolvido, torna-se possível a elaboração de mapas para melhorar a compreensão dos fenômenos que acontece no ambiente.


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Figura 2. Mapa de declividade do terreno.

Figura 3. Banco de dados geo-relacional da propriedade.


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Os mapas da dinâmica da condutividade elétrica e do oxigênio dissolvidos foram elaborados a partir da geração de uma grade regular em um MNT (modelo numérico do terreno). Como interpolador foi utilizado o vizinho mais próximo. O produto final deste interpolador é caracterizado por um efeito de degrau. Na Figura 4 é possível observar a dinâmica da condutividade elétrica (CE) na água da lavoura de arroz irrigado.

Figura 4. Mapa da dinâmica da condutividade elétrica.

A condutividade variou entre 182µS a 441µS, é possível se observar o efeito degrau, onde os limites entre as cores aparecem bem marcados. Um fato interessante neste mapa é que apesar de ter uma linha que corta o mapa com uma condutividade de 336µS (em vermelho) a maior concentração de sais se dá mais ao norte da lavoura, onde se apresenta também a cota mais baixa, segundo o mapa de hipsometria (Figura 1). Este fato pode ser explicado por se tratar de uma área mais baixa, onde provavelmente se concentre o maior número de nutrientes (adubos e fertilizantes). Na Figura 5 é possível observar a dinâmica do oxigênio dissolvido na água da lavoura de arroz irrigado.


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Figura 5. Mapa da dinâmica do oxigênio dissolvido. O oxigênio dissolvido variou entre 2.4mg/L a 10.1mg/L, neste mapa assim como no de CE, é possível se observar o efeito degrau, onde os limites entre as cores aparecem bem marcados. Um fato interessante é que a linha que corta o mapa em verde claro possui um oxigênio dissolvido muito baixo (2.4mg/L), isso pode ser explicado pelo fato da água estar parada no centro da lavoura e no momento que se aproxima das bordas, com a declividade e o movimento da água ela vai aumentando o OD. As baixas concentrações de OD apresentadas podem também se dar pelo fato da cultura do arroz possuir uma lamina de água baixa e também por estar fazendo a fotossíntese, consumindo o oxigênio e liberando gás carbônico (TUNDISI e MATSUMURA-TUNDISI, 2011). 4. Conclusões O SIG criado possibilitou a visualização das características morfométricas de hipsometria e declividade que contribui para o entendimento da dinâmica da condutividade elétrica e do oxigênio dissolvido dentro de uma lavoura de arroz irrigado. Com isso foi possível visualizar os prováveis impactos ambientais que podem ocorrer se a água da lavoura for drenada antes do período recomendado (30 dias). Pode-se perceber que a água entrou na lavoura com uma condutividade elétrica (CE) de 182µS e poderia estar retornado ao meio ambiente com uma CE maior que 400µS. Com este SIG foi possível visualizar o potencial dessa ferramenta para diversas aplicações no meio rural. Agradecimentos Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio financeiro cedido por meio do projeto Edital MCT/CNPq Nº 75/2010 - Pesquisador na Empresa. A Comercial de Produtos Agrícolas Pitangueira Ltda e a UNIPAMPA pelo auxilio e apoio ao desenvolvimento deste projeto.


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Referências Bibliográficas Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - EMBRAPA. Brasil em Relevo. Download SRTM. Rio Grande do Sul. Disponível em: <http://www.relevobr.cnpm.embrapa.br/download/rs/sh-21-x-c.htm> Acessado em: 02 set. 2011. ______________ Centro Nacional de Pesquisa em Solo. Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. Brasília: Embrapa Produção de Informação. Rio de Janeiro. 1999. p. 412. Sociedade Sul-Brasileira de Arroz Irrigado - SOSBAI. XXVIII Reunião Técnica da Cultura do Arroz Irrigado. Boletim Técnico. Bento Gonçalves/RS: Brasil: 2010. Câmara, G.; Souza, R. C. M.; Freitas, U. M.; Garrido J. SPRING: Integrating remote sensing and GIS by object-oriented data modeling. Computers & Graphics, v. 20, n. 3, p. 395-403, May./Jun., 1996. Tundisi, J.G.; Matsumura-Tundisi, T. Recursos hídricos no século XXI. Oficina de Textos: São Paulo, 2011. 328p.


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