Nitrogen and water budget of a small catchment covered by pasture in the north coast of Sao Paulo State, Brazil

A Mata Atlântica é o bioma mais ameaçado do Brasil. Sua degradação substancial ocorreu desde a chegada dos europeus ao país por meio da mudança de uso solo e pela exploração da floresta. No entanto, pouco se sabe a respeito das conseqüências hidrológicas e biogeoquímicas da mudança de uso do solo nos domínios do referido ecossistema. Neste contexto, as microbacias hidrográficas têm sido objeto de muitos estudos devido sua alta sensibilidade aos processos hidrológicos e biogeoquímicos ocorrentes dentro delas. No presente estudo, calculou-se o balanço hídrico anual de uma microbacia coberta por pastagem na região do litoral norte do Estado de São Paulo. Essa bacia originalmente era coberta por floresta ombrófila densa. Em adição, amostrou-se água do escoamento do riacho, escoamento superficial, solução do solo (30, 50 e 90 cm de profundidade), água subterrânea, e precipitação de 05/12/2007 à 04/12/2008 para a análise de nitrogênio inorgânico. O conteúdo de nitrogênio (N-NH4 + e N-NO3 -) foi determinado por análise por injeção em fluxo (FIA). Com o intuito de elucidar os processos hidrológicos que geram escoamento direto, mediu-se a condutividade hidráulica do solo em condição de saturação a 15, 30, 50 e 90 cm com um permeâmetro de carga constante. Como resultados, foi obtido que o sistema hidrográfico possui evapotranspiração, calculada para o período de estudo, de 697 mm (precipitação anual e deflúvio anual, respectivamente, de 1433 mm e 736 mm); por meio da curva de duração de fluxo, o escoamento de base foi inferida como a via hidrológica com maior contribuição ao deflúvio anual. O escoamento superficial é pouco expressivo devido ao fato que 77% dos eventos de chuva se enquadram na classe de intensidade de 0-5 mm h-1 que está abaixo da condutividade hidráulica do solo em condição de saturação a 15 cm de profundidade (22 mm h-1). O baixo coeficiente de escoamento superficial (0,01) obtido em parcelas corrobora essa assertiva. Ademais, como predominam chuvas de baixa intensidade, apesar de haver degradação física do solo, não espera-se diferenças expressivas na produção de escoamento direto. A maioria das amostras tiveram suas concentrações abaixo do limite de detecção (0,71 µM e 0,35 µM para N-NH4 + e N-NO3 - respectivamente). Na maioria dos compartimentos e processos hidrológicos o amônio predominou em relação ao nitrato. Para a solução do solo, percebe-se que há pulsos de nitrogênio inorgânico quando o solo se torna menos úmido. Nota-se pelo balanço de nitrogênio inorgânico associado à água que a microbacia possui um ganho líquido (0,95 kg N ha-1 ano-1) de nitrogênio já que o influxo foi equivalente a 1,10 kg N ha-1 ano-1 e o efluxo foi de 0,15 kg N ha-1 ano-1. Em relação aos estudos semelhantes conduzidos em florestas e pastagens, percebe-se que a pastagem é muito mais pobre que as florestas e ainda mais pobre do que muitas pastagens no tocante ao nitrogênio inorgânico o que provavelmente decorre do método de a mudança de uso do solo, da ausência de fertilização, da alta taxa de lotação e da idade da mesma.The Atlantic forest is the most endangered biome of Brazil. Its significant destruction has taken place since the arrival of Europeans settlers in the country. These Europeans destructed most part of it by changing land use and also due to forest exploitation. In this way, very little information is known about the hydrological and biogeochemical consequences of land use change in the region of this once huge ecosystem. In this context, small catchments have being used to assess these cited consequences of land use change due to their high sensitivity of hydrological and biogeochemical process that occur within them. In the present study, the annual water budget of a small watershed covered by grass (pasture) located in the north coast of the Sao Paulo State, Brazil has been calculated. Additionally, (1) stream water, (2) surface runoff, (3) soil solution (at 30, 50 and 90 cm depth), (4) groundwater and (5) precipitation were sampled weekly and, afterwards, due to analytical reasons, (2) and (3) were sampled biweekly, to determine the concentration of inorganic nitrogen (N-NH4 + and N-NO3 -) by FIA. Moreover, aiming to clarify the possible hydrological process of stormflow, the soil saturated hydraulic conductivity was measured at various depths (15, 30, 50 and 90 cm). The results obtained are: the evapotranspiration of the watershed vegetation, calculated for the study period, was 697 mm (annual precipitation and annual water yield, respectively, de 1433 mm e 736 mm). By the flow duration curve, the baseflow was inferred as the main hydrological pathway that contributes to the total annual water yield. The surface runoff was not very expressive for the reason that 77% of rain intensity was sited in the class of 0 - 5 mm h-1 that is lower than the median of soil saturated hydraulic conductivity at 15 cm depth (22 mm h-1). The low runoff coefficient (0,01) calculated from the runoff plots assures this result. Although soil physical degradation is present, it is not expected an expressive increment of direct runoff generation for the reason that low intensity rainfall predominates and does not exceed Ksat at 15 cm. Little inorganic nitrogen is found in the hydrological processes and pools. The majority of the samples had their inorganic nitrogen concentration below detection limits (0,71 µM e 0,35 µM for N-NH4 + e N-NO3 - respectively). In most pools and hydrological pathways the ammonium predominates against nitrate. For soil solution, it is notable that more inorganic nitrogen was found when the soil gets less wet. The observation of inorganic nitrogen balance dissolved in the water of rain and streamflow exhibits a net gain (0,95 kg N ha-1 year-1) of inorganic nitrogen because the input was 1,10 kg N ha-1 year-1 and the output was 0,15 kg N ha-1 year-1. If the results of nitrogen in the pools are compared to other similar catchment studies with land uses of forest and also pasture in Brazil and elsewhere, it is possible to conclude that the pasture presented here is poorer than forests and even some pastures. This fact may be a consequence of the land use clearing method, the lack of fertilization, the high stocking rates and also due to the pasture age