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Soil health and ecosystem services related to water recharge in the Cantareira system

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Resumo

O conceito de saúde/qualidade do solo está diretamente ligado aos serviços ecossistêmicos e tem sido cada vez mais utilizado para incorporar a sustentabilidade ambiental na governança integrada dos recursos naturais. No entanto, a maioria dos protocolos de avaliação da qualidade do solo concentra-se na produção de culturas e em seu manejo de conservação, e funções vitais do solo, como a recarga de água, carecem de estudos para serem incorporadas no monitoramento dos impactos na qualidade ambiental. Cerca de 7 milhões de pessoas na região mais economicamente desenvolvida do Brasil dependem do Sistema Cantareira de Produção de Água. Nessa região, a atividade agrícola é principalmente baseada em pastagens e florestas de eucalipto para produção de alimentos e energia, além de ser um ponto de preservação da Mata Atlântica. Três estudos foram realizados para avaliar a qualidade/saúde do solo no Sistema Cantareira em três classes de solo representativas: Argissolo Vermelho Amarelo, Cambissolo Háplico e Neossolo Litólico. O primeiro estudo teve como objetivo avaliar as propriedades físicas do solo diretamente ligadas aos serviços ecossistêmicos: recarga de água, produção de biomassa e resistência à erosão. Amostras de solo foram coletadas em duas camadas e analisadas em laboratório, calculando-se funções físicas do solo usando essas propriedades. A conversão da floresta nativa para uso antrópico (eucalipto e pastagem) reduziu a qualidade física do solo e sua capacidade de recarga de água. A intensificação das pastagens, através do pastejo rotativo em vez do pastejo contínuo, teve pouco efeito na promoção dos serviços ecossistêmicos do Sistema Cantareira. O uso do Cambissolo Háplico obteve o maior valor do Índice de Qualidade Física do Solo para as florestas nativas, quando comparado com o Argissolo Vermelho Amarelo e o Neossolo Litólico. No segundo estudo, foi monitorado o teor de água no solo ao longo de três anos, utilizando a técnica de resistividade elétrica. Observou-se que a floresta nativa no Argissolo não reteve muita água no perfil avaliado, sugerindo que a água foi absorvida pelas plantas (evapotranspiração) e/ou reposta ao lençol freático. Para o Cambissolo, verificou-se que os solos sob florestas nativas tinham maior condutividade hidráulica do que os solos ocupados por eucaliptos e pastagens. O Neossolo manteve um teor de água mais elevado em pastagens, associado a uma baixa taxa de infiltração de água, resultando em água estagnada na camada superficial. O terceiro capítulo avaliou a saúde do solo utilizando a metodologia Comprehensive Assessment of Soil Health (CASH) e comparou os resultados com o índice gerado no primeiro artigo. No entanto, o CASH, que utiliza principalmente bancos de dados de solos americanos, não foi capaz de avaliar com precisão o efeito do manejo e uso nos solos. É necessária a importância do banco de dados e uma melhor resolução dos mapas de solos brasileiros para a criação de indicadores representativos e capazes de avaliar a saúde e as funções do solo nos solos brasileiros.

Abstract

The concept of soil health/quality is directly linked to ecosystem services and has been increasingly used to incorporate environmental sustainability into the integrated governance of natural resources. The assessment of soil functions is based on soil properties and processes correlated with these functions of interest. However, most soil quality assessment protocols focus on crop production and their conservation management, and vital soil functions such as water recharge lack studies to be incorporated in the monitoring of impacts on environmental quality. Around 12 million people in the most economically developed region of Brazil depend on the water supplied by the Cantareira Water Production System. In this region, most of the agricultural activity is with pasture and eucalyptus forests for food and energy production, in addition, it is a hotspot of the Atlantic Forest preserved. Three studies were carried out to evaluate soil quality/health in the Cantareira System in three soil classes representative: Typic Hapludult, Typic Dystrudept, and Typic Usthortent. The objective of the first study was to evaluate, through the nexus approach- water, energy, and food, the soil physical properties that are directly linked to the ecosystem services: water recharge, biomass production, and erosion resistance in the predominant soil use and management. Soil samples were collected in the 0-5 cm and 30-35 cm layers and subsequently analyzed in the laboratory and then calculated additive soil functions using soil physical properties. Overall, the conversion of the native forest for anthropic use (eucalyptus and pasture) reduced the soil's physical quality and water recharge capacity. The intensification of pastures replacing continuous grazing with rotational grazing had little effect on promoting the ecosystem services of the Cantareira System. Typic Dystrudept obtained the highest value of the Soil Physical Quality Index (SPQI) for the native forests when compared to Typic Hapludult and Typic Usthortent. The second study was to monitor soil water content over three years using the soil electrical resistivity technique. The native forest in Typic Hapludult did not retain much water in the evaluated profile, suggesting that the water was absorbed by plants (evapotranspiration process) and/or replenished groundwater. For Typic Dystrudept, the study found that soils under native forests had higher hydraulic conductivity than eucalyptus and pastures. The young Typic Usthortent soil maintained higher soil water content in pastures associated with a low rate of water infiltration, resulting in stagnant water in the surface layer. Soil health was assessed in the third chapter through the Comprehensive Assessment of Soil Health (CASH) in order to compare with SPQI. CASH, which has a database mostly of American soils, was not able to accurately assess the effect of management and use for the studied soils. It is necessary importance of the database and better resolution of maps of Brazilian soils for the creation of indicators that are representative and capable of evaluating the health and soil functions of Brazilian soils.

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SANTANA, M. L. T. Soil health and ecosystem services related to water recharge in the Cantareira system. 2023. 80 p. Tese (Doutorado em Ciência do Solo)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.

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