Soil Erosion Assessment Using RUSLE Model and GIS in Juma Watershed, Brazilian Amazon

Miqueias Lima Duarte; Eliomar Pereira da Silva Filho; Heron Salazar Costa; Tatiana Acácio da Silva

doi:10.26848/rbgf.v14.5.p2931-2945

Authors

Miqueias Lima Duarte Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" - UNESP
Eliomar Pereira da Silva Filho Universidade Federal de Rondônia-UNIR
Heron Salazar Costa Universidade Federal do Amazonas - UFAM
Tatiana Acácio da Silva Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho - UNESP

DOI:

https://doi.org/10.26848/rbgf.v14.5.p2931-2945

Abstract

The spread of deforestation in the Amazon region is a cause for concern, seeing as the breakdown of soil-forest equilibrium provokes and possibly accelerates several processes, including superficial erosion. This process is one of the major causes of soil degradation worldwide. The Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) is a well-established and widely applied indirect method used to estimate soil loss, generating information that helps the conservation and proper management of soil and subsiding the policies of land use and occupation. This study estimated the potential of loss by laminar erosion of soil in the area of the basin of the Juma river, located in the municipality of Apuí, in the Southern Amazonas State. The RUSLE method was used to estimate soil loss in conjunction with GIS techniques. The results showed a predominance of areas with a high Natural Potential (NP) for erosion (200 to 600 t.ha^-1.y^-1), occupying about 77.58% of the examined region, and indicated that this high index is related to the LS factor. In relation to Soil Loss (SL), it was observed that there is a predominance of small potential (0 to 10 t.ha^-1.y^-1), occurring in 72.96% of the area, and the highest indices of soil loss (> 120 t.ha^-1.y^-1) were observed only in places occupied by exposed soil or farming areas where there are no conservation practices associated with terrain slope in place, which reiterates the importance of the adoption of appropriate agricultural practices.

Avaliação da Erosão do Solo Usando o Modelo RUSLE e SIG na bacia hidrográfica do rio Juma, no Sul do Estado do Amazonas

R E S U M O

O aumento do desmatamento na Amazônia é motivo de preocupação, visto que com a quebra do equilíbrio solo-floresta provoca o aceleramento de vários impactos, incluindo a erosão superficial do solo. Esse processo é uma das principais causas de degradação do solo em todo o mundo. A Equação Universal de Perda de Solo (RUSLE) é um método indireto bem estabelecido e amplamente utilizado para estimar a perda do solo, gerando informações que ajudam na conservação e manejo adequado do solo e subsidiando as políticas de uso e ocupação. Este estudo estimou o potencial de perda por erosão laminar do solo na bacia do rio Juma, localizada no município de Apuí, no Sul do Estado do Amazonas. O método RUSLE foi utilizado para estimar a perda de solo em conjunto com as técnicas de SIG. Os resultados mostraram a predominância de áreas com alto Potencial Natural (PN) de erosão (200 a 600 t.ha^-1.ano^-1), ocupando cerca de 77,58% da região avaliada, indicando que esse alto índice está relacionado ao fator LS. Em relação à Perda de Solo (PS), observou-se que há predominância de pequeno potencial (0 a 10 t.ha^-1.ano^-1), ocorrendo em 72,96% da área, e os maiores índices de perda de solo (> 120 t.ha^-1.ano^-1) foram observados apenas em locais ocupados por solo exposto ou áreas agrícolas com ausência de práticas de conservação associadas à inclinação acentuada do terreno, o que reitera a importância da adoção de práticas agrícolas adequadas.

Palavras-chave: Perda de Solo, RUSLE, Bacia do Rio Juma, Amazônia Brasileira.

Author Biographies

Miqueias Lima Duarte, Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" - UNESP

Graduado em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal do Amazonas - UFAM. Mestre em Geografia pela Universidade Federal de Rondônia - UNIR. Doutorando em Ciências Ambientais pela Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" - Unesp. Pesquisador do grupo Agricultura e Ambiente - UFAM, Campus Vale do Rio Madeira. Membro do grupo de pesquisa LABCART - UNIR. Atuou como professor temporário pela Universidade Federal do Amazonas - UFAM.

Eliomar Pereira da Silva Filho, Universidade Federal de Rondônia-UNIR

Possui Mestrado em Geografia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (1992) e Doutorado em Geociências e Meio Ambiente pela Universidade Estadual de São Paulo (2009). Atualmente é Professor Associado da UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDÔNIA. Tem experiência na área de Geociências, com ênfase em Pedologia, Processos Geomorfológicos e Hidrologia, atuando principalmente nos seguintes temas: Compactação e Erosão de solos, Meio Ambiente com Ênfase na Qualidade de Água, Mudança de Uso da Terra e Implicações Fluviais, Bacias Hidrográficas e Planejamento Ambiental.

Heron Salazar Costa, Universidade Federal do Amazonas - UFAM

Bacharel em Agronomia (1994) e Licenciado em Ciências (2001) pela Universidade Federal do Amazonas. Mestrado em Agronomia pela Universidade de São Paulo (1998) e Doutorado em Biotecnologia pela Universidade Federal do Amazonas (2007). Atualmente, é professor do Instituto de Educação, Agricultura e Ambiente (IEAA) - UFAM, em Humaitá - AM. Experiência na área de Agronomia, com ênfase em Microbiologia e Bioquímica do Solo, atuando principalmente nos seguintes temas: microbiologia do solo, calcário, fertilidade do solo, micorriza arbuscular e interação planta-microorganismos. Atuou como coordenador do Curso de engenharia Ambiental, em 2010 e no biênio 2013 - 2014. Fez parte do do Comitê Científico Local do IEAA/UFAM (2008-2009). Desenvolve trabalhos de extensão na área de Agronomia e Saneamento. É líder do Grupo de Pesquisa Agricultura e Ambiente vinculado ao IEAA/UFAM, o qual busca desenvolver trabalhos de pesquisa que contribuam para caracterização do ambiente e entendimentos dos processos responsáveis pelas suas transformações, sejam de natureza geológica ou antrópica.

Tatiana Acácio da Silva, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho - UNESP

Mestranda em Ciências Ambientais pela Universidade Estadual Paulista Júlio Mesquita Filho - UNESP, Graduada em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal do Amazonas- UFAM

References

Almeida, C.T., Delgado, R.C., Junior, J.F.O., Gois, G., Cavalcanti, A.S., 2015. Avaliação das Estimativas de Precipitação do Produto 3B43 TRMM do Estado do Amazonas. Floresta e Ambiente 22, 279-286. http://dx.doi.org/10.1590/2179-8087.112114

Alvares, C.A., Stape, J.L., Sentelhas, P.C., Gonçalves, J.L.M., Sparovek, G., 2013. Köppen’s climate classification map for Brazil. Meteorologische Zeitschrift 22, 711-728. http://dx.doi.org/10.1127/0941-2948/2013/0507

Arruda, W.C., Lima, H.N., Forsberg, B.R., Teixeira, W.G., 2004. Estimativa de erosão em clareiras através da mudança do relevo do solo por meio de pinos. In: 1° Wolrkshop Técnico-Científico da Rede CT-Preto Amazônia. Manaus. 4p.

Barlow, J., Berenguer, E., Carmenta, R., França, F., 2019. Clarifying Amazonia's burning crisis. Global Change Biology 26, 319-321. https://doi.org/10.1111/gcb.14872

Barrena-González, J., Rodrigo-Comino, J., Gyasi-Agyei, Fernández, M.P., Cerdà, A. 2020. Applying the RUSLE and ISUM in the Tierra de Barros Vineyards (Extremadura, Spain) to Estimate Soil Mobilisation Rates. Land 9, 1-17. https://doi.org/10.3390/land9030093

Benavidez, R., Jackson, B., Maxwell, D., Norton, K., 2018. A review of the (Revised) Universal Soil Loss Equation ((R)USLE): with a view to increasing its global applicability and improving soil loss estimates. Hydrology and Earth System Sciences 22, 6059–6086. https://doi.org/10.5194/hess-22-6059-2018

Biswas, S., Pani, P., 2015. Estimation of soil erosion using RUSLE and GIS techniques: a case study of Barakar River basin, Jharkhand, India. Modeling Earth Systems and Environment 1, 1-13. https://doi.org/10.1007/s40808-015-0040-3

Cassol, E.A., Silva, T.S., Eltz, F.L.F., Levien, R. 2018. Soil Erodibility under Natural Rainfall Conditions as the K Factor of the Universal Soil Loss Equation and Application of the Nomograph for a Subtropical Ultisol. Revista Brasileira de Ciência do Solo 42, 1-12. https://doi.org/10.1590/18069657rbcs20170262

CONAB – Companhia Nacional de Abastecimento. 2017. Acompanhamento da safra brasileira de grão: safra 2016/2017. 1, 1-104.

Demarchi, J.C., Zimback, C.R.L., 2014. Mapeamento, erodibilidade e tolerância de perda de solo na sub-bacia do Ribeirão das Perobas. Revista Energia na Agricultura 29, 102-114. https://doi.org/10.17224/EnergAgric.2014v29n2p102-114

Denardin, J.E., 1990. Erodibilidade do solo estimada por meio de parâmetros físicos e químicos. Tese (Doutorado), Piracicaba, USP.

Desmet, P.J.J.J., Govers, G. 1996. A GIS-Procedure for Automatically Calculating the USLE LS-Factor on Topographically Complex Landscape Units. Journal of Soil and Water Conservation 51, 427-433.

Devátý, J., Dostál, T., Hösl, R., Krása, J., Strauss, P., 2019. Effects of historical land use and land pattern changes on soil erosion – Case studies from Lower Austria and Central Bohemia. Land Use Policy 82, 674-685. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2018.11.058

Duarte, M.L., Silva Filho, E.P., 2019. Estimation of rain erosion in the Juma river basin based on TRMM satellite data. Caderno de Geografia 29, 45-60. https://doi.org/10.5752/P.2318-2962.2019v29n56p45

Duarte, M.L., Silva Filho, E.P., Brito, W.B.M., Silva, T.A., 2020. Determinação da erodibilidade do solo por meio de dois métodos indiretos em uma bacia hidrográfica na região sul do estado do Amazonas, Brasil. Revista Brasileira de Geomorfologia 21, 329-341. http://dx.doi.org/10.20502/rbg.v21i2.1533

Duarte, M.L., Silva, T.A., 2019. Avaliação do desempenho de três algoritmos na classificação de uso do solo a partir de geotecnologias gratuitas. Revista de Estudos Ambientais 21, 6-16. http://dx.doi.org/10.7867/1983-1501.2019v21n1p6-16

Duarte, M.L., Silva, T.A., Cerqueira, C., Silva Filho, E.P., 2019. Pressões Ambientais em Unidades de Conservação: estudo de caso no sul do Estado do Amazonas. Revista de Geografia e Ordenamento do Território 18, 108-125. http://dx.doi.org/10.17127/got/2019.18.005

Durães, M.F., Mello, C.R., 2016. Distribuição espacial da erosão potencial e atual do solo na Bacia Hidrográfica do Rio Sapucaí, MG. Engenharia Sanitária e Ambiental 21, 677-685. https://doi.org/10.1590/s1413-41522016121182

EMBRAPA - Centro Nacional de Pesquisa de Solos (CNPS). 1997. Manual de métodos de análise de solo. EMBRAPA. Rio de Janeiro. 2ª Ed. 1-211.

EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. 2018. MAPA de solos da área piloto de Apuí - Amazonas: folha: Vila Apuí.

EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. 2018. Sistema brasileiro de classificação de solos. Embrapa, 5. ed. E-book. Brasília.

Encinas, O.C., 2011. Avaliação de processos erosivos na base de operações geólogo Pedro de Moura - Coari, AM. Dissertação (Mestrado), Manaus, INPA.

FAO - Food and Agriculture Organization. 2015. Status of the World’s Soil Resources (SWSR) – Technical Summary. Food and Agriculture Organization of the United Nations and Intergovernmental Technical Panel on Soils, Rome, Italy. 95p.

Farinasso, M., Júnior, O.A.C., Guimarães, R.F., Gomes, R.A.T., Ramos, V.M., 2006. Avaliação Qualitativa do Potencial de Erosão Laminar Em Grandes Áreas Por Meio da EUPS – Equação Universal de Perdas de Solos Utilizando Novas Metodologias Em SIG Para os Cálculos dos Seus Fatores na Região do Alto Parnaíba – PI-MA. Revista Brasileira de Geomorfologia 7, 73-85.

Fearnside, P., 2017. Deforestation of the Brazilian Amazon. Environmental Science 1, 1-58. https://doi.org/10.1093/acrefore/9780199389414.013.102

Fernandes, L. C., 2008. Estudo multi-temporal do uso, ocupação e perda de solos em projetos de assentamento em Rondônia. Tese (Doutorado), Rio Claro, UNESP.

Ferreira, M.P.S., Artur, A.G., Queiroz, H.M., Romero, R.E., Costa, M.C.G., 2018. Changes in attributes of soils subjected to fallow in desertification hotspot. Revista Ciência Agronômica 49, 22-31. http://dx.doi.org/10.5935/1806-6690.20180003

Galindo, I.C., Margolis, E., 1989. Tolerância de perdas por erosão para solos do Estado de Pernambuco. Revista Brasileira Ciência do Solo 13, 95-100.

Gato, L.C., Costa, H.S., Duarte, M.L., 2018. Erodibility of soils in southern Amazonas State for two Indirect Methods. In: 21 WORLD CONGRESS OF SOIL SCIENCE.

IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. 2007. Manual Técnico de Pedologia. 2 Ed. Rio de Janeiro, RJ - Brasil. 316p.

Junior, A.L.P., Querino, C.A.S., Querino, J.K.A.S., Santos, L.O.F., Moura, A.R.M., Machado, N.G., Biudes, M.S., 2018. Variabilidade horária e intensidade sazonal da precipitação no município de Humaitá-AM. Revista brasileira de Climatologia 22, 463-475. http://dx.doi.org/10.5380/abclima.v22i0.58089

Kayet, N., Pathak, K., Chakrabarty, A., Sahoo, S., 2018. Evaluation of soil loss estimation using the RUSLE model and SCS-CN method in hillslope mining areas. International Soil and Water Conservation Research 6, 31-42. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2017.11.002

Labrière, L., Locatelli, B., Laumonier, Y., Freycon, V., Bernoux, M., 2015. Soil erosion in the humid tropics: A systematic quantitative review. Agriculture, Ecosystems & Environment 203, 127-139. https://doi.org/10.1016/j.agee.2015.01.027

Leal, P.F., 2009. Colonização agrícola dirigida e construção de parceleiros tutelados. Antropolítica 2, 155-182. https://doi.org/10.22409/antropolitica2009.2i27.a9

Machado, F.S., 2010. Erosão hídrica sob chuva simulada em diferentes classes de solos e coberturas vegetais na província petrolífera de Urucu – Coari, AM. Dissertação (Mestrado), Manaus, UFAM.

Mannigel, A.R., Carvalho, M.P., Moreti, D., Medeiros, L.R., 2002. Fator erodibilidade e tolerância de perda dos solos do Estado de São Paulo. Acta Scientiarum Agronomy 24, 1335-1340. http://dx.doi.org/10.4025/actasciagron.v24i0.2374

Mello, N.G.R., Artaxo, P., 2017. Evolução do Plano de Ação para Prevenção e Controle do Desmatamento na Amazônia Legal. Revista do Instituto de Estudo Brasileiros 66, 108-126. http://dx.doi.org/10.11606/issn.2316-901x.v0i66p108-129

Morais, R.C.S., Sales, M.C.L., 2017. Estimativa do Potencial Natural de Erosão dos Solos da Bacia Hidrográfica do Alto Gurguéia, Piauí-Brasil, com uso de Sistema de Informação Geográfica. Caderno de Geografia 27, 84-105. https://doi.org/10.5752/p.2318-2962.2017v27nesp1p84

NASA - Data Tropical Rainfall Measuring Mission. Available in: https://giovanni.gsfc.nasa.gov/giovanni, Accessed: 01 December 2018.

Nastos, P.T., Kapsomenakis, J., Philandras, K.M., 2016. Evaluation of the TRMM 3B43 gridded precipitation estimates over Greece. Atmospheric Research 169, 497-514. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2015.08.008

Oliveira Jr.R.C., Medina, B.F., 1990. A erosividade das chuvas em Manaus (AM). Revista Brasileira Ciência do Solo 14, 235-239.

Paes, F.S., Dupas, F.A., Silva, F.G.B., Pereira, J.C.D., 2010. Espacialização da perda de solo nas bacias hidrográficas que compõem o município de Santa Rita do Sapucaí (MG). Geociências 29, 589-601.

Panagos, P., Borrelli, P., Meusburger, K., Alewell, C., Lugato, E., Montanarella, L., 2015. Estimating the soil erosion cover-management factor at the European scale. Land Use Policy 48, 38-50. http://dx.doi.org/10.1016/j.landusepol.2015.05.021

Pasquatto, M.C., Tomazoni, J.C. 2016. Estudo do processo erosivo laminar na bacia de captação do rio Barro Preto, em Coronel Vivida – PR. Revista Brasileira de Geografia Física 9, 555-570. https://doi.org/10.26848/rbgf.v9.2.p555-570

Rangel, L., Jorge, M. C., Guerra, A., Fullen, M., 2019. Soil Erosion and Land Degradation on Trail Systems in Mountainous Areas: Two Case Studies from South-East Brazil. Soil systems 3, 1-14. https://doi.org/10.3390/soilsystems3030056

Rodrigues, J.L.M., Pellizari, V.H., Mueller, R., Baek, K., Jesus, E., Paula, F.S., Mirza, B., Jr.G.S.H., Tsai, S.M., Feigl, B., Tiedje, J.M., Bohannan, B.J.M., Nusslein, K., 2013. Conversion of the Amazon rainforest to agriculture results in biotic homogenization of soil bacterial communities. Proceedings of the National Academy of Sciences 110, 988-993. https://doi.org/10.1073/pnas.1220608110

Sampaio, A.C.P., Cordeiro, A.M.N., Bastos, F.H., 2016. Susceptibilidade à erosão relacionada ao escoamento superficial na sub-bacia do Alto Mundaú, Ceará, Brasil. Revista Brasileira de Geografia Física 9, 125-143. https://doi.org/10.26848/rbgf.v9.1.p125-143

Sathler, D., Adamo, S.B., Lima, E.E.C., 2018. Deforestation and local sustainable development in Brazilian Legal Amazonia: an exploratory analysis. Ecology and Society 23, 1-15. https://doi.org/10.5751/ES-10062-230230

Schmidt, S., Alewell, C., Meusburger, K., 2019. Monthly RUSLE soil erosion risk of Swiss grasslands. Journal of Maps 15, 247-256. https://doi.org/10.1080/17445647.2019.1585980

Silva, A.S., Duarte, M.L., Costa, H.S., 2018. Erodibility of a Yellow Latosol (LA) under pasture and SAF in the southern region of Amazonas, Brazil by two Indirect Methods. In: 21 WORLD CONGRESS OF SOIL SCIENCE.

USDA - United States Department of Agriculture. 2018. Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) - Welcome to RUSLE 1 and RUSLE 2. Available in: https://www.ars.usda.gov/southeast-area/oxford-ms/national-sedimentation-laboratory/watershed-physical-processes-research/docs/revised-universal-soil-loss-equation-rusle-welcome-to-rusle-1-and-rusle-2/ Accessed: 26 November 2019.

USGS. 2018. Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) 1 Arc-Second Global. Available at (Accessed in 11 December 2018). Available in: https://earthexplorer.usgs.gov/ Accessed: 26 November 2019

Vale Júnior, J.F., Barros, L.S., Sousa, M.I.L., Uchoa, S.C.P., 2009. Erodibilidade e suscetibilidade à erosão dos solos de cerrado com plantio de Acacia Mangium em Roraima. Agro@mbiente On-line 3, 1-8. http://dx.doi.org/10.18227/1982-8470ragro.v3i1.253

Wischmeier, W.H., Smith, D.D., 1978. Predicting rainfall erosion losses: a guide to conservation planning. Agriculture and book, 537, Washington, DC: USDA.

Yeomans, J.C., Bremner, J.M., 1988. A rapid and precise method for routine determination of organic carbon in soil. Communications in Soil Science and Plant Analysis 19, 1467-1476.