Impacts assessment on water quantity and quality due to the expansion of sugarcane cropping

O incentivo à produção e consumo de biocombustíveis no Brasil, principalmente representado pelo etanol, é impulsionado pela busca de fontes alternativas que contribuam para a diversificação da matriz energética nacional, e apresentem baixos impactos sobre a sustentabilidade de sua cadeia produtiva. O objetivo desta dissertação foi avaliar se, com os dados de monitoramento dos cursos d¿água disponibilizados para o estado de São Paulo, é possível observar impactos sobre a qualidade e quantidade dos recursos hídricos em locais onde a atividade canavieira se intensificou ao longo dos anos. Foram utilizadas as bases de dados de estações pluviométricas, fluviométricas, e de qualidade disponibilizadas pela Agência Nacional das Águas, pelo Departamento de Águas e Energia Elétrica, e pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo. As regiões de Jaú, Pontal e Ribeirão Preto foram selecionadas para análise, sendo que a falta de estações de qualidade em Jaú impossibilitou a avaliação qualitativa nessa região. Os parâmetros de qualidade analisados foram: potássio, fósforo total, nitrato, nitrito, nitrogênio amoniacal, NKT, sólidos totais, oxigênio dissolvido, demanda química e bioquímica de oxigênio e pH. As séries temporais de vazão, de chuva e das variáveis de qualidade das águas foram submetidas a análises gráficas e a testes estatísticos não paramétricos de tendências e detecção de mudanças bruscas nas séries hidrológicas. Os principais testes estatísticos adotados foram os testes de Mann-Kendall, Mann-Kendall sequencial, Mann-Kendall Sazonal, estimador Sen¿s Slope e Pettitt. O coeficiente de recessão do fluxo base foi utilizado para verificar se o crescimento da atividade canavieira pôde ser refletido nas vazões dos períodos de estiagem. Segundo os resultados obtidos, não foram observadas alterações nas vazões dos rios que pudessem ser atribuídas ao crescimento da cana-de-açúcar, mas sim à variação da precipitação. Em geral, a análise dos parâmetros de qualidade das águas indicou tendências positivas significativas para as séries de nitratos, nitritos e nitrogênio amoniacal. Essas séries apresentaram correlações tanto com a expansão da cultura canavieira, quanto com o crescimento populacional das regiões analisadas. Tendências crescentes foram observadas para o fósforo apenas na estação de Ribeirão Preto, porém os dados somente apresentaram correlação significativa com a população. O aumento da concentração desses parâmetros pode estar relacionado à lixiviação do nitrogênio devido à aplicação de fertilizantes nitrogenados, como também ao tratamento inadequado de esgotos sanitários e efluentes industriais lançados nos cursos d¿água. Os procedimentos estatísticos utilizados foram adequados, porém as bacias avaliadas são de larga escala nas quais muitos são os fatores de impacto sobre os recursos hídricos, e os resultados não foram conclusivos. A disponibilidade de dados, em termos de extensão das séries históricas e frequência de monitoramento em locais com intenso crescimento da cana, restringiu os estudos principalmente com relação à concentração de poluentes relacionados à atividade canavieira. A principal conclusão deste trabalho foi que, baseado nos dados disponíveis, não se pode afirmar rigorosamente que a produção em larga escala da cana-de-açúcar tem sido responsável pela redução do fluxo dos rios e pela deterioração da qualidade das águas.The production and consumption of biofuels in Brazil, mainly represented by ethanol, has been focused on diversifying the national energy matrix and, more recently, efforts have been put on enhancing the sustainability of the production chain. Using available data for the state of São Paulo, the objective of this dissertation was defined on evaluating ¿ if it is possible ¿ the impacts of large-scale sugarcane production on the quality and quantity of water resources in areas where this crop was intensified over the years. For this, database of the Brazilian Water Agency (ANA), Department of Water and Energy (DAEE) and Brazilian Commission for the Environment (CONAMA) were used. The study areas were selected according to the data availability of stream flows and water quality in sites characterized by increasing sugarcane cropping. The regions of Jaú, Pontal and Ribeirão Preto were selected for the assessment, but it was not possible to evaluate the water quality in the region of Jáu. Regarding quality, the parameters analyzed were potassium, total phosphorus, nitrate, nitrite, ammonium, total Kjeldahl nitrogen, total solids, dissolved oxygen, biochemical and chemical oxygen demand and pH. The discharge, precipitation and water quality parameters series were evaluated with non-parametric tests, detection of trends and changes. The main tests used were Mann-Kendall, sequential Mann-Kendall, Seasonal Mann-Kendall, Sen¿s estimator of slope and Pettitt. The base flow recession coefficient was used to evaluate the possible impact of sugarcane growth on the stream flow during the dry season. The results of the exploratory analysis and the various statics tests did not show changes in water flow that could be explained by sugarcane cropping. On the other hand, the time series for nitrate, nitrite, and ammonium have significant increasing trends. However, for the nitrogen time series the best correlations are with the population growth rather than with sugarcane cropping. The concentration of total phosphorus has positive trends in the monitoring station of Ribeirão Preto, and for this parameter the correlation is only significant with population. The growth of pollutants concentration can be both explained by leaching of nitrogen due to fertilization and to the higher discharge of sewage and industrial effluents without appropriated treatment. The statistic procedures used in this dissertation are adequate but as basins studied are large and many factors impact water resources, the results achieved were not conclusive. Another constrain is data availability (extension and regularity of registers), mainly regarding the concentration of pollutants on water bodies. A main conclusion is that based on data availability it is not possible to rigorously stress that sugarcane cropping in large-scale has been responsible for reducing water flows and reducing water quality