Sensoriamento remoto no estudo das relações entre tempo de uso agrícola dos solos e mudanças em suas propriedades físico-químicas no cerrado matogrossense

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Kleber Trabaquini
• Orientador(a): Antonio Roberto Formaggio
• Banca de defesa: Lênio Soares Galvão, Gerd Sparovek, Mário Valério Filho
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Sensoriamento Remoto
• País: BR
• Resumo em Inglês: In recent decades, the Cerrado has been the object of extensive occupation, encouraged mainly by government policies. Natural vegetation has been replaced by agriculture in Mato Grosso to the extent that it is now the largest producer of soybean, also known as "granary" in Brazil. The production system adopted by producers to achieve such productivity requires intensive soil use. This work aims to describe, estimate, from the Landsat (\emph{Multispectral Scanner Sensor System} - MSS; \emph{Thematic Mapper} - TM) and Terra (sensor \emph{Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer} - MODIS) images, the relationship between time and intensity of agricultural use of soils, modifications in their chemical and physical properties and possible impacts on soybean yields in the Rio Verde watershed (Mato Grosso state). With the use of historical images from the Landsat program, we observed the dynamics of agricultural expansion per decade (1980, 1990, 2000 and 2010) and estimated the duration of land use. Through the inspection of the time series of the \emph{Enhanced Vegetation Index} (EVI), calculated from MODIS between 2000 and 2010, we analyzed the degree to which production has intensified. By collecting soil samples in areas with and without (reference) agricultural use and by the subsequent laboratory analysis, it was possible to evaluate the impact of the agricultural use on the physical and chemical properties of the soils. In addition, the effect of land use time on local productivity of the farms was analyzed. Finally, the model USLE (\emph{Universal Soil Loss Equation}) was used to estimate and compare soilloss by erosion face to different agricultural practices. As main results, we found that the Rio Verde watershed showed an average rate of replacement of natural vegetation of 28.5 km$^{2}$/year (1.3\%) between 1980 and 2010. Through the inspection of EVI data, it was found that the area subjected to double crop management (two consecutive harvests per year) increased by 359\% between 2000 and 2010, revealing a strong trend in crop intensification. Using samples of soil we found significant changes in the physical properties ofthe soils cultivated for the past 20-30 years, with some parameters such as bulk density (1.54 g cm$^{-3}$) close to the critical levels for plant development. other parameters exceeded the critical level, such as macroporosity (0.06 cm$^{3}$ cm$^{-3}$), Regarding chemical properties, significant reductions were observed in organic carbon (38\% reduction) and total nitrogen (29\% reduction) in soils that have been managed for 20-30 years. However, the content of other chemicals (Ca$^{+2}$, Mg$^{+2}$, P) has increased in cultivated soils. In some cases, a 20 fold increases in concentration has been observed, representing up to 20 times greater than the amount present in the areas of reference (soils under original vegetation), indicating an improvement in the growing conditions for soybean. USLE model showed that the soybean yield was maximized in areas of low rates of erosion (up to 21 t ha$^{-1}$ yr$^{-1}$) and of low percentage of soil sand fraction (below 55\%). Despite finding that the soil quality has been reduced in some aspects (e.g. physical properties, organic carbon and total nitrogen) and improved in others (e.g. Ca$^{+2}$, Mg$^{+2}$ and P), no significant relationship was found between soybean yield and the time of agricultural management.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2013/08.13.13.36

Em décadas recentes, o bioma Cerrado tem sido alvo de extensiva ocupação, incentivada principalmente por planos governamentais. A substituição da vegetação natural pela atividade agropecuária tornou Mato Grosso o maior produtor de soja no Brasil, sendo denominado por alguns como o "celeiro" do Brasil. O sistema de produção adotado pelos produtores para alcançar tal produtividade exige do solo seu uso intenso. Este trabalho tem como objetivo geral estimar, com o auxílio de imagens dos satélites Landsat (sensores \emph{Multispectral Scanner System} - MSS; \emph{Thematic Mapper} TM) e Terra (sensor \emph{Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer} - MODIS), as relações entre o tempo e a intensidade de uso agrícola dos solos, as modificações em suas propriedades fisico-químicas originais e possíveis impactos na produtividade de soja na bacia hidrográfica do Rio Verde-MT. Com o uso de imagens históricas do programa Landsat, foi possível verificar a dinâmica de expansão agrícola das últimas décadas (1980, 1990, 2000 e 2010) e estimar os diferentes tempos de uso dos solos. Através da inspeção da série temporal de dados do \emph{Enhanced Vegetation Index} (EVI), calculado do MODIS entre 2000 e 2010, analisou-se a intensificação do sistema de produção. Através da coleta de amostras de solos em áreas com e sem (referência) uso agrícola e de posteriores análises em laboratório, foi possível avaliar, levando-se em consideração os tempos de uso agrícola dos solos, os impactos em suas propriedades fisicas e químicas. Além disso, com dados locais de fazendas, foi analisado se a produtividade estava sendo impactada pelos diferentes tempos de usos dos solos. Por fim, com o modelo USLE (\emph{Universal Soil Loss Equation}), foi estimada a perda de solos por erosão, em função das práticas agrícolas locais. Como resultados principais, verificou-se que a bacia do Rio Verde-MT apresentou uma taxa média de substituição da vegetação natural de 28,5 km$^{2}$/ano (1,3\%) entre 1980 e 2010. Através da inspeção dos dados EVI, constatou-se a implantação da safra dupla (duas safras consecutivas por ano), com aumento de 359\% de área, demonstrando a tendência de intensificação do uso do solo de 2000 para 2010. Usando as amostras de solos, foram constatadas modificações significativas nas propriedades fisicas dos solos com tempo de uso entre 20 e 30 anos, com alguns parâmetros próximos dos níveis críticos de desenvolvimento das plantas, como densidade do solo (1,54 g cm$^{-3}$), Outros parâmetros ultrapassaram o nível crítico, como macroporosidade (0,06 cm$^{3}$ cm$^{-3}$). Em relação às propriedades químicas, foram observadas grandes reduções no carbono orgânico (38\% de redução) e no nitrogênio total (29\% de redução), ambos em solos cultivados de 20 a 30 anos. Já outros parâmetros (Ca$^{+2}$, Mg$^{+2}$, P) apresentaram grande incremento nos solos cultivados, alguns até 20 vezes maior que a quantidade presente nos solos de referência (solos sob vegetação original), indicando uma melhoria química dos solos com práticas de manejo, a fim de satisfazer as exigências nutricionais da soja. Já com o modelo USLE, verificou-se uma tendência de talhões de alta produtividade de soja se localizarem em áreas de baixa taxa de perdas de solo (até 21 t há$^{-1}$ ano$^{-1}$) e baixa porcentagem de areia (abaixo de 55\%). Apesar da constatação da redução da qualidade dos solos em alguns aspectos (por exemplo, propriedades fisicas, carbono orgânico e nitrogênio total) e da melhora em outros (por exemplo, Ca $^{+2}$, Mg $^{+2}$ e P), os dados dos talhões analisados não demonstraram diferenças significativas ou tendência de redução na produtividade da soja quando analisados em relação ao tempo de uso do solo a que vinham sendo submetidos.