Eucalyptus forest plantation management: effects on surface water resources at catchment scale

O Eucalyptus é o gênero florestal mais plantado no Brasil (5,6 milhões de hectares) e o Estado de São Paulo apresenta a segunda maior área plantada do país, com pouco mais de 970 mil hectares. O manejo intensivo das florestas plantadas de Eucalyptus, caracterizado pela alta produtividade, rápido crescimento e ciclos curtos de rotação, bem como a expansão do setor florestal, têm causado preocupações em relação aos efeitos desses plantios sobre a quantidade e a qualidade dos recursos hídricos. Diante desse contexto, esta tese foi desenvolvida com o objetivo de contribuir com o aprofundamento do conhecimento sobre os efeitos do manejo de florestas plantadas de Eucalyptus sobre os recursos hídricos. Para tanto, o segundo capítulo sintetiza os resultados de estudos já desenvolvidos no Brasil e que envolveram a mensuração de componentes do balanço hídrico em florestas plantadas de Eucalyptus e em diferentes biomas brasileiros, destacando os resultados dos estudos realizados em microbacias hidrográficas cobertas por florestas plantadas de Eucalyptus. No terceiro capítulo foram avaliados os efeitos da colheita florestal e do crescimento de florestas plantadas de Eucalyptus sobre o regime hidrológico de quatro microbacias hidrográficas e, no quarto capítulo, os efeitos sobre a qualidade da água e a exportação de nutrientes e sólidos suspensos. A revisão demonstrou que existem diferenças entre florestas plantadas de Eucalyptus e vegetação nativa, principalmente em relação aos valores anuais de rendimento hídrico (razão entre deflúvio e precipitação - Q:P), os quais tendem a diminuir, em microbacias hidrográficas, entre o primeiro e sétimo ano de idade das florestas plantadas. Os resultados demonstraram a existência de efeitos do manejo florestal como o aumento do rendimento hídrico (34%), do índice de escoamento base (4%) e do coeficiente de escoamento (21%) no primeiro ano depois da colheita (DC1) em relação ao ano anterior à colheita (AC), e a diminuição em 10%, 7% e 2%, respectivamente, no quarto ano depois da colheita (DC4) em relação ao ano DC1; o aumento da concentração de sólidos suspensos no ano DC1 em relação ao ano AC e a diminuição significativa dessas concentrações no ano DC4 em todas as microbacias estudadas; e o aumento das exportações de nutrientes e sólidos suspensos no ano DC1 acompanhando o aumento do rendimento hídrico e a diminuição das exportações no ano DC4 acompanhando a diminuição do rendimento hídrico. Em todas as escalas de análise do regime hidrológico (anual, sazonal e diária) foram observadas dinâmicas individuais nas microbacias hidrográficas diferentes daquelas observadas nos valores médios, demonstrando que outros fatores como, por exemplo, a precipitação, o tipo de solos e a declividade média, também podem influenciar o regime hidrológico além do manejo florestal. Esses efeitos demonstram que existe relação entre o manejo florestal e os recursos hídricos, mas não é possível afirmar que eles comprometem a quantidade e a qualidade da água. No entanto a conjunção entre fatores climáticos, características locais e as fases do manejo florestal pode agravar ou atenuar os efeitos sobre a quantidade e a qualidade da água, devendo esses aspectos serem observados nos planos de manejo florestal.Eucalyptus is the most planted forest genus in Brazil (5.6 million hectares) and the State of São Paulo has the second largest planted area in the country, with over 970,000 hectares. The intensive management of forest plantations of Eucalyptus, characterized by high productivity, rapid growth and short rotation cycles, as well as the expansion of the forest sector, have caused concerns about the effects of these plantations on the quantity and quality of water resources. In this context, this thesis has been developed in order to contribute to the deepening of knowledge about the effects of Eucalyptus forest plantations management on water resources. Therefore, the second chapter summarizes the results of studies already developed in Brazil involving the measurement of water balance components in Eucalyptus plantations in different biomes, highlighting the results of studies in catchments covered by Eucalyptus forest plantations. In the third chapter, we evaluated the effects of Eucalyptus plantations harvesting and growth on hydrological regime of four catchments. In the fourth chapter, we evaluate effects on water quality and nutrient and suspended solids exports. The review has shown that there are differences between Eucalyptus forest plantations and native vegetation, especially in relation to annual values of discharge/precipitation ratio, which tend to decrease in catchments, between the first and seventh year on planted forests. The results demonstrated the existence of effects due to forest management such as increase in discharge/precipitation ratio (34%), base flow index (4%) and quick flow/precipitation ratio (21%), in the first year after harvest (DC1) in relation to the previous year before harvest (AC), and decreased by 10%, 7% and 2%, respectively, in the fourth year after harvest (DC4) compared to the DC1 year; concentration of suspended solids in DC1 year in relation to AC year and a significant decrease in these concentrations in DC4 year in all studied catchments; and the increase in nutrient exportation and suspended solids in DC1 year with increase in discharge/precipitation ratio and decrease in exports in the year DC4, accompanied by the decrease in discharge/precipitation ratio. In all scales of hydrological regimes (annual, seasonal and daily), individual dynamics were observed in different catchments from those observed in the mean values, demonstrating thus that other factors such as, for example, precipitation, soil type and the average slope, can also influence hydrological regime beyond forest management. These effects show that there is a relationship between forest management and water resources, but it is not possible to say that they compromise water quantity and quality. However, the conjunction of climatic factors, local conditions and stages of forest management can aggravate or mitigate the effects on water quantity and quality, and thus, such aspects should be observed in forest management plans