Índice Regional de Degradação (RDI) para a Europa

Um modelo de base física para estimar a longo prazo valores médios de erosão hídrica, a escalas regionais

Autores: Mike Kirkby <m.j.kirkby@leeds.ac.uk> e Brian Irvine <b.j.irvine@leeds.ac.uk>, School of Geography, University of Leeds, LS2 9JT, UK

g Sumário

Esta metodologia é para a estimativa do risco de erosão hídrica para grandes áreas. As estimativas são baseadas num equilíbrio hidrológico de uma dimensão e um modelo de transporte de sedimentos de base física. As estimativas do risco associado com uma determinada quantidade de precipitação de um evento são integradas, sobre a frequência de distribuição de precipitações diárias para proporcionar uma estimativa devidamente ponderada do risco anual médio. Os factores do solo são estimados de classes de textura, utilizando funções de transferência pedológica. Os dados climáticos são estimados de dados em grelha interpolados. Os dados topográficos são retirados de modelos digitais do terreno globais ou locais. As estimativas são de fornecimento de sedimentos às linhas de água. O método foi aplicado para proporcionar um mapa publicado para a maior parte da Europa, a uma resolução de um quilómetro, e foi aplicado a áreas mais pequenas com resoluções de 250 metros e menores. Os dados pan-europeus foram retirados, inicialmente da base de dados climática MARS (50 km), modelos digitais do terreno da EROS SRTM (90 m) e Base de Dados de Solos Europeus (1 km).

As estimativas de erosão Pan-Europeia actuais são seguidamente apresentadas. A estratégia de modelação do PESERA é apresentada de forma detalhada no sítio do projecto PESERA: http://pesera.jrc.it.

5 topo

g Introdução

A erosão hídrica foi identificada como um dos mais severos riscos que ameaçam a protecção do solo na Europa. Removendo a camada fértil mais superficial do solo, a erosão reduz a produtividade do solo e pode, onde os solos são delgados, levar a uma perda irreversível de terra arável natural. A erosão severa é comummente associada ao desenvolvimento de canais ou ravinas temporária ou permanentemente erodidos, que fragmentam a terra arável. O solo e escoamento removidos, durante um grande episódio chuvoso, acumulam-se abaixo das áreas erodidas, em alguns casos graves, bloqueando estradas ou canais e inundando edifícios. A taxa de erosão é muito sensível tanto ao clima como ao uso do solo, bem como a práticas de conservação aplicadas à escala da exploração agrícola. Num período de rápidas alterações no clima e uso do solo, devido às mudanças global, politicas agrícolas e mercados internacionais, é valioso poder avaliar o estado da erosão de solo a nível europeu, utilizando uma metodologia objectiva, que permita que a avaliação seja repetida conforme as condições se vão modificando, ou para explorar as implicações a maior escala de mudanças potenciais globais ou à dimensão europeia. Isto proporciona uma estimativa dos custos globais atribuíveis à erosão do solo sob as condições presentes e modificadas, e sugere objectivamente áreas para estudos mais detalhados e acções reparadoras.

As agências nacionais, europeias e internacionais necessitam de informação objectiva a escalas de 1:250 000 a 1:1 000 000 para comparar níveis de risco ambiental, como auxilio ao planeamento económico e desenvolvimento de políticas. Apesar do uso efectivo e crescente da detecção remota, muitos factores de risco não estão directamente acessíveis, particularmente a esta escala. Presentemente, muito mais pode ser alcançado, combinando modelos de base física, com dados de coberto vegetal obtidos com a detecção remota, modelos digitais de terreno, dados climáticos em grelha e bases de dados de características fixas de solo e outras. O modelo RDI/PESERA aqui apresentado, baseia-se no trabalho teórico preliminar de de Ploey et al (1991) e Kirkby e Cox (1995), desenvolvido através de uma série de projectos da UE (MEDALUS 1994-97, MoDeM 1998-99, PESERA 2000-04 e DESERTLINKS 2001-05) – em colaboração com muitos parceiros. Um mapa preliminar do risco de erosão para a França foi preparado, com o JRC e o INRA (nstitute Nationale pour Recherches Agronomiques, Orléans), para comparação com os métodos do CORINE (Briggs e Giordiano, 1992), e estes métodos continuam a ser refinados, melhorados e estendidos à salinidade, efeitos fora do local e nutrientes.

O modelo físico baseia-se num tipo de esquema TSVA unidimensional (Transferência Solo-Vegetação-Atmosfera) para a hidrologia de superfície, conjugado onde adequado a um modelo dinâmico para crescimento genérico da vegetação e/ou dados de uso do solo de detecção remota. A erosão hídrica é directamente controlada por:

Um número destes factores actua através do uso do solo agrícola, que é muito influenciado por factores económicos e sociais.

Existem várias metodologias possíveis para criar um mapa regional de erosão. Algumas delas baseiam-se na colecção de observações de campo recolhidas, outras na avaliação de factores e combinações de factores, que influenciam as taxas de erosão, e outras por uma abordagem inicial de modelação. Todos estes métodos requerem calibragem e validação, embora o tipo de validação necessária seja diferente para cada categoria. Existem também diferenças no ponto a que os métodos de avaliação identificam a erosão passada em um recurso solo já degradado, em oposição a riscos de erosão futura, sob o clima e uso do solo presente, ou sob cenários de mudança global.

5 topo

g Dados pontuais distribuídos

Uma forma importante de avaliação da erosão é a partir de observações directas no campo de traços de erosão e no truncar do perfil do solo. Os traços de erosão consistem em ravinas e canais, alguns efémeros, e deposição associada em baixas e pequenos vales. Os perfis de solo podem mostrar perda local de horizontes superiores, ou enterro por deposição vinda da cima na vertente. O material depositado pode proporcionar material datável que possa indicar quando a erosão ocorreu, mas muita desta prova é cumulativa ao longo do período desde que há cultivo, ou nalguns casos ao longo de todo o Holocénico. Os dados podem ser recolhidos de especialistas regionais em solos ou erosão de solos. Podem também ser recolhidos do levantamento de campo ou remoto (fotografia aérea) de traços de erosão. Maiores resoluções dos sensores nos satélites (e.g. IKONOS) podem também, num futuro próximo, permitir que este método seja aplicado a partir de plataformas espaciais. Alguns dados quantitativos estão também disponíveis a partir de locais com talhões de erosão. Estes métodos requerem validação para estandardizar as diferenças na intensidade do estudo de diferentes áreas e na clareza de traços adequados em tipos de solo diferentes. Existem também diferenças nos métodos e tradições entre cientistas de diferentes áreas da Europa. Por si só estes métodos não podem proporcionar uma imagem completa excepto para pequenas áreas teste, e requerem o uso de outros métodos para interpolar entre áreas.

A principal vantagem das observações distribuídas de erosão é que os dados não são ambíguos onde existem, e dão uma boa indicação do estado corrente de degradação do recurso solo, e outros métodos têm falta desta certeza. A principal desvantagem destes métodos é que proporcionam pouca ou nenhuma informação acerca de quando a erosão ocorreu, excepto se suportarem dados neste ponto. Pensa-se que muitas áreas do Mediterrâneo sofreram aceleração antropogénica da erosão desde cedo nos tempos clássicos, e muitas colinas estão hoje despidas da sua anterior cobertura natural de solo. Embora de grande interesse histórico, isto tem pouco a ver com o risco corrente ou potencial de erosão.

5 topo

g Cartografia de factores ou indicadores

Visto que muitos dos processos e factores que influenciam as taxas de erosão são bem conhecidos, como resumido anteriormente, é possível ordenar factores individuais de susceptibilidade à erosão, providenciando uma série de indicadores de erosão. Por exemplo, os índices climáticos podem basear-se na frequência ou grande intensidade da precipitação, e na dimensão da aridez ou sazonalidade da precipitação. Os indicadores do solo podem reflectir a tendência a encrostamento e a erodibilidade experimental das partículas e agregados do solo. Indicadores de ordem similares podem ser desenvolvidos para a rocha mãe, declive da topografia e outros factores. Claramente uma elevada susceptibilidade a todos os factores indica um elevado risco de erosão, e uma baixa susceptibilidade a todos os factores, indica um baixo risco de erosão.

Indicadores individuais podem ser cartografados separadamente, mas é mais problemático combinar os factores numa única escala, adicionando ou multiplicando indicadores, tendo em conta, devidamente, o peso para cada factor individual. Existem dificuldades tanto quanto aos pesos individuais, como acerca da linearidade assumida e independência estatística dos factores separados. O método devia portanto, ser mais efectivo na identificação dos extremos de erosão alta e baixa, mas menos satisfatório na identificação da gradação entre os extremos.

Apesar destas limitações teóricas, a cartografia dos factores ou indicadores tem a vantagem considerável de poder ser largamente aplicada utilizando dados disponíveis para toda a Europa em SIG (Sistemas de Informação Geográfica) para topografia e solos a 1 km de resolução, e para o clima a uma resolução de 50 km. Kosmas et al (1999) dão um exemplo desta abordagem, aplicada a uma escala regional a áreas na Grécia, Itália e Portugal. A cartografia de factores pode também levar em conta uma maior gama de factores, como ilustrado pelo Índice de Sensibilidade Ambiental (ESI) no âmbito do DIS4ME, que também considera sensibilidade à salinização e outros riscos de desertificação.

5 topo

g Modelação de processos

Existe um espectro contínuo, entre a cartografia baseada em indicadores ordenados e modelos de processos, com uma base empírica e física mais específica. No entanto, é frutífero considerar, como terceira abordagem no sentido da avaliação da erosão do solo em toda a Europa, a aplicação de um modelo de processos. Embora, à primeira vista, esta abordagem pareça ser a mais geralmente aplicada, existem maiores problemas de validação, e em particular, em relacionar previsões de escala grosseira com dados de taxas de erosão existentes, muitos dos quais para pequenos talhões de erosão. Muitos dos processos que têm mais sucesso, requerem parâmetros mais detalhados e distribuídos e dados de intensidade de precipitação, que não estão actualmente disponíveis a escalas pan-europeias, pelo que não podem ser aplicados sem simplificação radical. Um aspecto importante deste problema, é a necessidade de desenvolver um modelo, que possa ser usado para validação a escalas mais finas, e para previsão na Europa a uma escala mais grosseira, para que a reconciliação entre escalas seja tão explicita quanto possível. No entanto esta abordagem tem o potencial de proporcionar uma base física racional para combinar factores que podem ser obtidos de SIG’s a escala mais grosseira, e ultrapassar as dificuldades acerca da ponderação e inter-correlação, que são encontradas em avaliações baseadas puramente em factores.

Os modelos de processos têm o potencial para responder explicitamente a mudanças no clima ou uso do solo, e assim constituem uma grande promessa para desenvolver cenários de mudança, e análises de opções politicas e económicas. Contra esta vantagem, os modelos de processos geralmente não fazem qualquer avaliação da degradação até ao tempo presente, e só podem incorporar o impacto da erosão passada quando isso está registado noutros dados, tal como em bases de dados de solos. Os modelos também simplificam geralmente o conjunto de processos que operam, pelo que podem não ser apropriados sob circunstâncias locais particulares. Embora a USLE (Equação Universal de Perda de Solo) tenha sido o modelo mais largamente utilizado na Europa (e.g. van der Knijff et al, 2000), considera-se hoje largamente que falha conceptualmente, estando a emergir outros modelos, baseados nos limiares de escoamento (e.g. Kirkby at al, 2000) ou na abordagem MI (Necessidade Mínima de Informação) (Brazier et al, 2001) aplicada ao modelo mais complexo USDA WEPP (Nearing et al, 1989).

A aplicação de um modelo de processos foi aqui preferida por três razões principais:

• Aplica os mesmos critérios objectivos a todas as áreas, e pode portanto ser aplicado para toda a Europa, sujeito a disponibilidade de dados genéricos adequados;
• Proporciona uma estimativa quantitativa da taxa de erosão que pode ser comparada com médias de longo prazo para erosão tolerável;
• A metodologia pode ser reaplicada com igual consistência com dados correntes melhorados, e para cenários de clima e uso do solo mudados.

5 topo

g Fundamentação científica para a estimativa de risco de erosão

O modelo PESERA (Pan-European Soil Erosion Risk Assessment – Avaliação PAn-Europeia do Risco de Erosão) é um modelo de base física, distribuído espacialmente, desenvolvido para quantificar a erosão do solo de Áreas Ambientalmente Sensíveis (ESAs) relevante para uma escala regional ou Europeia e definindo estratégias de conservação de solo. A versão corrente do modelo foi desenvolvida durante a execução do Projecto PESERA (Contrato QLK5-CT-1999-01323), financiado pela Comissão Europeia, DG VI (Qualidade de Vida e Gestão de Recursos Vivos), e foi também baseado em pesquisa anterior financiada e não financiada (Kirkby e Neale, 1987; de Ploey et al, 1991; Kirkby e Cox, 1995; Kirkby et al, 2000).

Modelo de armazenamento

O modelo PESERA utiliza o armazenamento mais simples possível, ou modelo do balde para converter precipitação diária em escorrência superficial diária. O escoamento é calculado como chuva menos um limiar de armazenamento. O limiar depende de um número de factores relacionados com o solo, coberto vegetal, lavouras e estado de humidade do solo. Os factores mais importantes do solo são a textura, profundidade do solo (se delgado) e teor de matéria orgânica, que determinam o limiar de armazenamento abaixo da fracção de superfície coberta pela vegetação. Onde não protegido pela vegetação, a susceptibilidade do solo ao encrostamento e a duração das condições de encrostamento determinam geralmente um limiar mais baixo. O limiar final é uma média ponderada das fracções com vegetação e a nu da superfície. As correcções são feitas para o deficit de água do solo, o que pode reduzir o limiar quando perto da saturação.

O modelo está normalmente ligado a um modelo simples de biomassa para permitir que as coelhitas e vegetação natural respondam às variações sazonais na humidade disponível, e permitam alguma drenagem da humidade do solo abaixo da superfície. Alternativamente o modelo pode fazer uso do coberto vegetal obtido a partir de dados da detecção remota. Isto tem a vantagem de ter em conta factores não incluídos no modelo, tais como a intensidade de pastoreio e o fogo, mas não proporciona capacidade de cenário. Todos os factores são avaliados mensalmente para que o limiar possa variar marcadamente ao longo do ano. Os cálculos são modificados apropriadamente quando há solo gelado ou cobertura de neve.

Modelo de sedimentos de lei exponencial

A precipitação total diária é linearmente aumentado proporcionalmente a descarga para cada ponto na área, e o transporte de sedimentos diário é estimado como:

Transporte de sedimento = Erodibilidade x (Escoamento x Distância à linha de divisória de águas) ² x Declive

A erodibilidade é primariamente associada com a textura do solo, mas é reduzida para permitir uma cobertura vegetal completa ou parcial. O declive é obtido a partir de fontes topográficas, mas não é necessário para estimar a perda de solo por erosão para toda a vertente.

Se o transporte de sedimento é estimado na base da vertente, então esta expressão pode se rescrita para a produção de sedimentos (Transporte total de sedimentos / Comprimento total da vertente) como:

Produção de sedimentos = Erodibilidade modificada x Escoamento ² x Relevo

Onde a erodibilidade modificada inclui um pequeno factor de correcção para o rácio entre declive local da base da vertente e declive médio da vertente (que está implícito no termo Relevo = Comprimento total da vertente x Declive médio). Isto permite o uso de Modelos Digitais de Terreno (MDT) de resolução grosseira que podem estimar Relevo como a variabilidade da elevação local, sem necessidade de estimar os declives locais directamente, o que é vantajoso quando o espaçamento dos pontos dos MDT possam ser da mesma ordem que o comprimento total da vertente.

Estimativa a longo prazo das taxas médias de erosão

Os dados de precipitação diária são utilizados devido à sua elevada disponibilidade. O modelo de previsão pode ser utilizado com uma série temporal de precipitações diárias, mas os mapas obtidos nesta base mostram um sinal forte associado com as localizações históricas dos maiores eventos. Ao invés, o mapa proporciona uma média ponderada da erosão anual, somada sobre a distribuição de frequência das precipitações diárias para cada mês.

O escoamento diário e erosão diária para cada episódio chuvoso possível são ponderados pela sua distribuição para estimar as médias a longo prazo para cada mês, e somadas para os totais anuais.

Modelo integrado

Os cálculos descritos acima são efectuados independentemente para cada célula numa grelha de 1 km para a Europa. O modelo de uma célula está disponível como folha de cálculo Excel com Macros em Visual Basic através do site do projecto PESERA (http://pesera.jrc.it) e pode ser usado para estimar o escoamento e taxas de erosão para um ponto individual, e para mostrar os efeitos das mudanças no uso do solo ou clima nas taxas esperadas. O modelo principal repete estas estimativas para cada célula de 1 X 1 km dentro de uma área, combinando dados em formato ARC – Grid com código FORTRAN, e criando mapas de saída que podem ser examinados e interrogados em ARC-VIEW. Conselhos acerca da preparação da base de dados e como correr o modelo de grelha também podem ser obtidos através do sítio da Internet, um sistema protótipo permite ao modelo ser corrido remotamente para pequenas áreas (até 100 X 100 km) através da Internet.

Calibragem e validação

Visto que existe somente um número limitado (50-100) de medidas aceitáveis de taxas de erosão na Europa, e que estas diferem significativamente em metodologia e escala, uma calibragem das taxas de erosão a nível Pan-Europeu não é praticável. A Fiabilidade geral do modelo baseia-se numa calibragem interna, intermédia e externa.

A validação interna baseia-se numa avaliação qualitativa e quantitativa da representação física de processos no modelo. Isto inclui o nosso conhecimento acumulado dos processos mecânicos e sua incorporação no modelo de uma forma suficientemente simplificada e juízos sobre quais os processos que podem ser incluídos.

A validação intermédia baseia-se na comparação com distribuições espaciais que são previstas no âmbito do modelo como produtos intermédios. A mais importante destas distribuições é a da cobertura e abundância de vegetação, que são obtidas dentro do modelo combinando dados de uso do solo com um modelo de crescimento, e podem ser independentemente corroboradas a partir de interpretações de dados da detecção remota. Também pode ser feita comparação com padrões sazonais de escoamento.

A calibragem externa é baseada na comparação com talhões de erosão (40 m²), pequenas bacias (0,01 – 1 km²) e dados de albufeiras (1-100 km²) (Cerdan, 2003; Tsara et al, no prelo). Estes dados foram usados principalmente para modificar funções de transferência pedológica, particularmente para erodibilidade do solo. Os dados comparativos são considerados demasiado escassos para permitir um teste independente formal de validação.

5 topo

g Dados: fontes correntes e limitações

São necessários quatro conjuntos de dados principais para correr o modelo, para providenciar dados climáticos essenciais, coberto vegetal e topografia. Estes dados foram tornados disponíveis no âmbito do projecto PESERA de uma mistura de fontes públicas e restritas.

Dados climáticos

A base de dados MARS, montada pelo JRC – Ispra, providencia séries temporais diárias de precipitação, temperatura e evapotranspiração potencial, interpolados para uma grelha de 30 segundos da Europa (aproximadamente 50 km). Estes dados têm sido analisados para providenciarem as seguintes camadas de dados mensais para o modelo:

Precipitação: Número de dias de precipitação, precipitação média por dia com precipitação e seu desvio padrão para dar a distribuição de dias de chuva.

Temperatura: Média, média máxima e média mínima necessária somente em áreas onde há queda de neve ou solo que gele.

Evapotranspiração potencial para estimar a evapotranspiração real, produção das plantas e balanço hídrico.

Dados de solo

A Base de Dados Europeia de Solos, preparada pelo JRC – Ispra e INRA – Orleães, foi usada para dar um nível consistente aos dados de solos a uma resolução de 1 km para a Europa. Em conjugação com uma série de funções de transferência pedológica baseadas no trabalho do INRA – Orleães, a base de dados foi usada para providenciar três camadas de informação para o modelo:

• Erodibilidade do solo que converte escoamento para taxas de erosão usando a lei exponencial para transporte de sedimento.
• Capacidade de Água no Solo prontamente disponível que dá a capacidade máxima de armazenamento do solo antes do escoamento ocorrer sob a vegetação.
• Crostabilidade que define o limite inferior da capacidade de armazenamento para um solo encrostado em áreas sem vegetação.

A capacidade de água no solo também é utilizada para definir as características de drenagem do solo. Embora haja uma oportunidade para produzir mapas dedicados para estas propriedades do solo, e as funções de transferência pedológica simplifiquem demasiado as complexidades das propriedades da dinâmica do solo, não é realista esperar grandes melhoramentos nestas variáveis num futuro próximo. Contudo, algum melhoramento pode ser feito onde estiverem disponíveis mapas de solos mais detalhados para áreas de interesse particular.

Coberto vegetal

O coberto vegetal pode ser obtido a partir de detecção remota, ou de mapas de uso do solo em combinação com um modelo de crescimento da vegetação. Os métodos da detecção remota utilizam dados de imagens AVHRR ou LANDSAT. O AVHRR proporciona uma série mensal de 20 anos com uma resolução de 8 km, e 15 anos a 1 km, mas está limitado pela cobertura de nuvens no norte da Europa. O LANDSAT tem o potencial de proporcionar uma resolução de 30 m, mas não foi usado. Todos os métodos de detecção remota têm a vantagem de providenciar uma medida do coberto que inclui os efeitos de todos os factores, mas não tem potencial directo para a análise de cenários, e os levantamentos de uso do solo foram a fonte de dados primária para o mapa da erosão. O uso do solo baseia-se no CORINE Land Cover com uma resolução de 250 m para 1989. O CORINE 2000 estará brevemente disponível para actualizar as estimativas. Os dados de uso do solo são combinados com datas de sementeira de cereais, generalizados do EUROSTAT, para providenciar os parâmetros para um modelo de crescimento de colheitas e vegetação natural.

Topografia

UM MDT de 30 segundos (1 km) tem estado disponível há alguns anos do EROS, e foi a base para o trabalho no PESERA, bem como para o mapa de erosão. O parâmetro crítico para o modelo é o relevo local, que foi estimado de MDTs como o desvio padrão da altitude dentro de um círculo de 3 km de diâmetro à volta de cada célula. A comparação com MDTs a resoluções melhoradas (até 30 m) mostrou que esta medida não é sensível à resolução do MDT, e pode portanto ser utilizada fiavelmente com os melhores MDTs para cada área. Recentemente o MDT SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), de 3 segundos (90 m) foi tornado público para a Europa, e está a ser utilizado para aperfeiçoar a camada de informação para relevo local.

5 topo

g O futuro: melhoramento dos dados, cenários de mudança e extensões do modelo

O maior potencial para melhoramento nestas estimativas de erosão reside em melhores dados climáticos, e isto é potencialmente possível nos registos nacionais, embora não esteja livre de encargos. Os dados de solos podem ser melhorados em princípio, embora isso seja pouco provável num futuro próximo. O coberto vegetal requer actualizações frequentes, porque as mudanças no uso do solo têm um grande impacto nas taxas de erosão. Existe o potencial para fazer isto através da análise de imagens da detecção remota e através de modelos de colheitas com dados climáticos mudados ou cenários. Para os cenários de futuros alternativos de erosão, os melhoramentos nos GCMs (Modelos de Circulação Geral da Atmosfera) e previsões económicas podem também oferecer um potencial que está ainda longe de completamente realizado.

O Centro Hadley e outros cenários climáticos, por si só, indicam alguns aumentos na erosão de solo à volta do Mediterrâneo, particularmente nos meses de Inverno. Contudo, cenários económicos e de CO₂ parecem indicar alguns aumentos na produção das colheitas. Se estes aumentos são resultantes de reduções da terra arável que reduzem a dependência de terras marginais, então as taxas de erosão na Europa podem declinar. Uma visão mais global, contudo, sugere que a produção das colheitas vai declinar a nível mundial, aumentando assim a pressão na terra arável da Europa. De acordo com este cenário, as tendências económicas e climáticas podem ambas contribuir para aumentos da erosão.

Salinidade

Embora os processos que influenciam a salinidade não sejam tão bem compreendidos como os da erosão de solo, foi desenvolvido um indicador baseado em factores para o risco de salinidade à mesma escala que a estimativa de erosão do modelo PESERA/RDI, e utilizando muitas das mesmas camadas de informação. Ao desenvolver este indicador, o material de base foi utilizado em vez das características do solo, para tentar distinguir claramente causa e efeito e assim minimizar a circularidade do raciocínio. A salinização pode ser primária, na qual os solos salinos ou sódicos se desenvolvem sob vegetação natural, mas o maior risco no contexto da desertificação é a salinidade secundária, que se desenvolve em áreas irrigadas onde a água dada às colheitas é insuficiente para lixivar os sais que se vão acumulando.

Os factores mais importantes que promovem a salinidade são a presença de material de base salino e um nível freático muito elevado. Muitas áreas em redor do Mediterrâneo sofreram levantamento tectónico durante os períodos Terciário e Quaternário, como resultado da colisão entre as placas Africana e Europeia que criou os Alpes, Pirinéus, Cárpatos e cordilheira Bética. Como resultado há muitas áreas de terra com sedimentos marinhos Terciários ou mais tardios à superfície, e estas são suficientemente novas geologicamente para manter muito do seu teor em sal marinho, com perdas mínimas por lixiviação durante as fases climáticas secas. Os depósitos mais antigos perderam grande parte do sal, e os solos sobre eles estão sujeitos a um menor risco de salinização, sofrendo em geral menos de fraca qualidade de água subterrânea. Os níveis freáticos elevados estão associados com áreas de relevo interno baixo, drenagem lateral em direcção ao mar pobre ou grandes rios perenes. Estes três factores foram combinados para estimar o risco qualitativo de salinidade, na forma:

SLINIDADE = (0.1 + MB) * FLUXO / (10 + DSP Elev)

Onde MB (Material de Base) = 1 para sedimentos Terciários, 0 para outros

FLUXO = Fluxo bruto, para cima ou baixo, de chuva / evaporação, o que for maior

DSP Elev = Relevo, estimado como o desvio padrão das altitudes locais

As constantes na fórmula são escolhidas para manter uma gama razoável do risco combinado de valores extremos de parâmetros. Ao calcular risco para salinização secundária, assume-se que o fluxo é calculado usando a “precipitação” que inclui água de irrigação suficiente para suprir a necessidade de evapotranspiração potencial da colheita.

Podem também ser considerados factores adicionais para inclusão:

Efeitos fora do local

Onde as áreas de elevada erosão têm solos de limo ou areia fina, muito do material erodido volta a ser depositado, imediatamente, a jusante dos campos erodidos, criando “coadas de lama” que podem danificar severamente edifícios e transtornar vias de comunicação e povoações. A perda directa de solo traz custos a longo prazo, através das necessidades crescentes de fertilizantes e, em casos extremos, perda de terra arável. Contudo, os efeitos fora do local são, em muitos casos, os mais caros e imediatos impactos da erosão, e podem constituir um aviso antecipado de problemas locais severos de erosão.

Para avaliar estes impactos fora do local, o modelo PESERA/RDI foi usado para estimar a erosão associada com o evento de 100 – anos, extrapolado da distribuição de precipitações diárias. O material erodido é conduzido para as células vizinhas na grelha, com um rácio de entrega de sedimento que decresce com o relevo local e com a dimensão do grão do solo erodido. Como o sedimento é conduzido de célula para célula, a deposição em cada uma é calculada a partir da redução em material transportado. Logo os efeitos fora do local são mais severos quando solos declives de areias/limos estão adjacentes a terra mais plana.

Comparação com a metodologia ESI (Índice de Sensibilidade Ambiental)

Embora o risco de erosão seja talvez o componente mais importante da sensibilidade à desertificação, o Índice de Sensibilidade à Desertificação (ESI) também responde a outros riscos físicos de desertificação, mais notavelmente a salinidade e o fogo. O ESI também é diferente ao trabalhar a uma resolução muito maior, tipicamente 50 m, em comparação com a grelha de 1 km do RDI. Logo, por exemplo, o mapa ESI de áreas florestadas mostra manchas com alta sensibilidade ao fogo dentro de uma área de risco de erosão uniforme. Fora de áreas florestadas, o risco de erosão RDI foi combinado com um indicador de risco de salinidade, obtido como descrito acima.

Porque a erosão ocorre mais em vertentes declivosas, e a salinidade mais em declives baixos, criou-se uma única escala, em que os resultados-Z estandardizados [(Valor médio)/Desvio Padrão)] para o indicador de salinidade são subtraídos dos resultados-Z para o indicador de erosão RDI/PESERA.

A curva descendente anómala no extremo direito do gráfico pode ser largamente ignorada, pois contém somente 0.05% dos valores; enquanto a vasta maioria dos pontos na mancha larga central, que contém 90%dos valores, estão agrupados à volta da relação da linha vermelha. Existem também boas relações entre o Indicador de Erosão RDI e os valores médios ESI obtidos a 50 m de resolução para o declive da vertente, aridez, textura do solo e protecção da erosão (essencialmente coberto vegetal / uso do solo). Tal mostra, que estes controladores principais do indicador de erosão RDI se mantêm válidos e relevantes quando os valores de mais alta resolução são elevados, logo a subida de escala para a mudança na resolução deve dar resultados consistentes.

À data estas comparações só foram completadas para a bacia do Agri, mas esta comparação deve permitir uma inter-comparação entre ESIs obtidas para diferentes Áreas de Estudo, e assim ajudar a justificar a expansão desta metodologia a áreas mais extensas e a outras áreas.

Aviso de saúde

Nenhum mapa de erosão à escala europeia pode ser baseado em conhecimento detalhado em cada ponto. Nem todos os factores de importância local podem ser incluídos num modelo detalhado, e existem algumas anomalias que são inerentes às limitações dos dados. Contudo, ao aplicar uma metodologia comum, baseada no conhecimento físico, através da Europa, o mapa é capaz de indicar as maiores diferenças entre regiões, salientar áreas que estão particularmente em risco, e fornecer uma base uniforme para comparação dos riscos de erosão através de fronteiras nacionais e zonas climáticas.

5 topo

g Referências

• de Ploey, J., M.J. Kirkby & F. Ahnert, 1991. Hillslope erosion by rainstorms - a magnitude-frequency analysis. Earth Surface Processes & Landforms 16, 399-409.
• Kirkby, M.J. and N.J. Cox, 1995 A climatic index for soil erosion potential (CSEP) including seasonal and vegetation factors. Catena 25, 333-52.
• Kirkby, M.J., Jones, R.J.A., Irvine, B., Gobin, A, Govers, G., Cerdan, O., Van Rompaey, A.J.J., Le Bissonnais, Y., Daroussin, J., King, D., Montanarella, L., Grimm, M., Vieillefont, V., Puigdefabregas, J., Boer, M., Kosmas, C., Yassoglou, N., Tsara, M., Mantel, S., Van Lynden, G., 2004. Pan-European Soil Erosion Risk Assessment: The PESERA Map, Version 1 October 2003. Explanation of Special Publication Ispra 2004 No.73 (S.P.I.04.73). European Soil Bureau Research Report No.16, EUR 21176, 18pp. Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg.
• Kirkby, M.J., Y. Le Bissonais, T.J. Coulthard, J. Daroussin and M.L. McMahon, 2000. The development of Land Quality Indicators for Soil Degradation by Water Erosion. Agriculture, Ecosystems and Environment, 81, 125-36
• Schofield, R.V. and M.J. Kirkby, 2003. Application of Salinization Indicators and Initial Development of Potential Global Soil Salinization Scenario under Climatic Change. Global Biogeochemical Cycles 17, No. 3, 1078.
• Cerdan, O, 2003. Long-term Soil Erosion Plot Data to evaluate the PESERA (Pan-European Soil Erosion Risk Assessment) Approach . Geophysical Research Abstracts, Vol. 5, 00439, 2003, European Geophysical Society.
• Kirkby, M.J., 1995 Modelling the links between vegetation and landforms. Geomorphology 13, 319-35.
• Langbein, W.B. and Schumm, S.A., 1958 . Yield of sediment in relation to mean annual precipitation. American Geophysical Union, Transactions 39, 1076-84.
• Tsara, M., C. Kosmas, and N. Yassoglou, in press. The application of the PESERA soil erosion model in various types of land use, Catena.

5 topo