Hydrological functioning and nitrogen dynamics of a small catchment covered by Atlantic rainforest within the State Park of Serra do Mar, Santa Virgínia Stewardship

A Mata Atlântica, um dos ecossistemas mais ameaçados do planeta, reduzida atualmente a menos de 8% de sua cobertura original, necessita atenção especial em termos de compreensão do seu funcionamento como subsídio para sua melhor conservação. O presente estudo além de expandir a quantidade de estudos realizados nessa região, visou caracterizar o funcionamento hidrológico e a dinâmica do nitrogênio de uma microbacia com cobertura de Mata Atlântica no litoral norte do Estado de São Paulo. Para isso, foram monitorados alguns processos hidrológicos, entre eles: escoamento superficial, umidade do solo (0,15, 0,30, 0,50 e 0,90 metros de profundidade), água subterrânea, transprecipitação, precipitação e vazão, entre os anos de 2008 e 2009. Com o intuito de elucidar os processos hidrológicos que geram escoamento direto, mediu-se a condutividade hidráulica do solo (Ksat) nas mesmas profundidades da umidade do solo, com um permeâmetro de carga constante. Adicionalmente foi utilizado um sistema de injeção em fluxo (FIA) para a análise de nitrogênio inorgânico (N-NH4 + e N-NO3 -) e para a análise do nitrogênio total dissolvido (NTD) foi utilizado o TOC (Total Organic Carbon Analyser). A precipitação total no ano de 2008 foi de 1716 mm, aproximadamente 33% foi interceptada pela floresta e 67% chegam à superfície do solo. O deflúvio total foi de 681 mm, dessa forma o coeficiente de deflúvio foi de aproximadamente 40% da precipitação, sendo o restante perdido por evapotranspiração (1035 mm.ano-1). Já o ano de 2009, a precipitação foi de 3003 mm, sendo quase 60% a mais em relação a 2008, e aproximadamente 32% foi interceptada pela floresta e 68% chegam à superfície do solo. O coeficiente de deflúvio foi de aproximadamente 48% da precipitação, sendo 52% perdidos por evapotranspiração. O fato de haver predomínio de intensidades de chuva de 0 a 5 mm.h-1 permite inferir que quase a totalidade das chuvas pode se infiltrar no solo já que Ksat a 0,15 m de profundidade geralmente está acima dos valores de intensidade de chuva. O que está de acordo com o baixo valor obtido no coeficiente de escoamento superficial. Todos os processos hidrológicos apresentaram baixas concentrações de nitrogênio inorgânico. O aporte de nitrogênio no sistema hidrográfico pela precipitação no ano de 2008 foi de 3,79 kg N ha-1 ano-1, e a perda via fluvial foi de 0,67 kg N ha-1 ano-1, gerando um ganho líquido de 3,12 kg N ha-1 ano-1. No ano de 2009 o ganho foi de 1,39 kg N ha-1 ano-1 de nitrogênio, com um aporte de 1,84 kg N ha-1 ano-1 e uma perda via fluvial de 0,45 kg N ha-1 ano-1. Com os resultados obtidos, podemos concluir que o escoamento de base foi à principal via hidrológica que compõe o deflúvio, e apesar da precipitação ter sido maior em 2009, as proporções de interceptação, escoamento superficial e evapotranspiração se mantiveram inalteradas. Em termos de nitrogênio, as baixas entradas e saídas monstraram que a microbacia possui ciclo de nitrogênio bastante conservativo. Com exceção do escoamento superficial e da transprecipitação, o nitrogênio orgânico predominou em relação ao inorgânicoThe Atlantic rainforest is one of the most endangered ecosystems of our planet, this once huge forest area presents only 8% of its original distribution and need special attention in terms of the comprehension of its functioning as a mean to improve conservation goals. In this context, the present study contributes to increase the quantity of studies carried out in this region aimed to describe the hydrological functioning and the nitrogen dynamics of a small catchment covered by Atlantic rainforest sited on north coast of Sao Paulo State, Brazil. To reach these goals, hydrological processes such as surface runoff, groundwater, streamflow, precipitation, net precipitation, soil water storage at 0,15, 0,30, 0,50 and 0,90 m, water table fluctuations, were monitored during two years (2008 and 2009). Aiming to clarify soil hydrological processes the soil saturated hydraulic conductivity was measured in the field at the depths of water storage measurements using a constant head permeameter. In addition, a flow injection system was used to determine inorganic (N-NO3 - and N-NH4 +) concentrations in the water of these hydrological processes. For organic nitrogen calculations, total dissolved nitrogen was determined by Total Organic Carbon Analyser. For 2008, the annual precipitation (P) was 1716 mm, being 33% intercepted by the forest canopy. The remaining 67% reached the soil surface. The annual water yield (Q) was 681 mm and the runoff coefficient was 40% of annual rainfall being the rest, 1035 mm, lost as evapotranspiration. For 2009, annual precipitation was 2009, a value 60% higher than in 2008. Of this amount, 32% was intercepted by forest and 68% reached the forest floor. Runoff coefficient was 48% of annual rainfall and the difference between these processes was lost as evapotranspiration. The predominance of low intensity rainfall (0 5 mm h-1) provide basis to infer that most rainfall events infiltrate the soil because Ksat at 0,15 m always exceeds this rainfall rates. In this way, very low surface runoff coefficients were calculated from the plots. For nitrogen, the results of inorganic nitrogen concentrations showed very low values in all hydrological processes. The rainfall input of nitrogen in 2008 was 3,79 kg ha-1 yr-1 and output by streamflow was 0,67 kg ha-1 yr-1. Calculations show a net gain of 3,12 kg ha-1 yr-1. For 2009, the net gain was about 1,39 kg ha-1 yr-1. Annual rainfall input was estimated as 1,84 kg ha-1 yr-1 and nitrogen streamflow outputs was 0,45 kg ha-1 yr-1. From these results, the following conclusions can be drawn: (a) baseflow is the main source of water for the annual water yields. Despite the fact of higher annual precipitation in 2009, interception losses as well as surface runoff and evapotranspiration maintained the same values. For nitrogen, low deposition rates (inputs) as well as low outputs via streamflow demonstrate that the forest within the watershed presents a conservative nitrogen cycle. Except for net precipitation and surface runoff, organic nitrogen predominated against inorganic nitroge