Experimental determination of water balance and soil erosion changes due to pasture substitution by sugarcane

A cana-de-açúcar tornou-se a cultura com maior expansão nos últimos anos no estado de São Paulo, tendência que deve continuar, considerando sua importância como matéria prima para a produção de açúcar e etanol. Essa expansão acontece principalmente sobre áreas que eram ocupadas por pastagens. Pelas atividades necessárias para o estabelecimento da cultura de cana-de-açúcar, é esperado um aumento da erosão de solos e uma alteração no balanço hídrico. Com esses antecedentes, objetivou-se quantificar experimentalmente o impacto na erosão dos solos e a modificação do balanço hídrico no primeiro metro de solo, causado pela substituição de pastagem por cana-de-açúcar. Foram construídas parcelas de escoamento (20 x 5 \'M POT.2\') sob pastagem e sob plantio novo de cana-de-açúcar (três repetições cada) em uma fazenda com solo do tipo Neossolo Quartzarênico no município de Itirapina-SP. Foi instalada uma estação meteorológica para medir a precipitação e a umidade do solo a 30, 60 e 90 cm de profundidade, e para coletar os parâmetros necessários para calcular a evapotranspiração pelo método de Penman-Monteith. Calhas foram instaladas ao nível do solo para quantificar a interceptação do dossel de cana-de-açúcar. O balanço hídrico para ambos os cultivos foi determinado em escala diária. Após cada evento de precipitação, foi quantificada a perda de solos e o escoamento superficial Durante o primeiro ano, a perda de solo sob pastagem foi de 0,26 Mg/ha.ano (adicionalmente, 0,32 Mg/ha foram coletados devido à perturbação do solo para implantação do experimento), enquanto cana-de-açúcar produziu 2,58 Mg/ha.ano. No segundo período chuvoso, a perda de solo sob pastagem diminui para 0,04 Mg/ha, e sob cana-de-açúcar registrou 0,47 Mg/ha. Estes resultados indicam que a substituição de pastagem por cana-de-açúcar aumentou a produção de sedimentos durante o primeiro ano em 2,32 Mg/ha; no segundo período, com o uso da cobertura de palha no solo sob cana-de-açúcar, o aumento foi de 0,43 Mg/ha. Depois de quatro meses de crescimento, o dossel da cana-de-açúcar intercepta 40% da precipitação. O escoamento superficial no primeiro ano foi de 56,1 mm, e diminuiu para 11,8 mm no segundo período por efeito da palha na superfície do solo. Nos mesmos períodos, o escoamento superficial na pastagem foi de 40,5 mm e 30,4 mm, respectivamente. Apesar da menor infiltração sob cana-de-açúcar, o solo apresenta maior umidade devido ao gradeamento que aumenta a porosidade, e portanto, a capacidade de armazenamento de água no solo. A percolação sob cana-de açúcar é menor que sob pastagem devido à maior evapotranspiração da cultura.Sugarcane became the culture with the highest expansion in recent years in the state of São Paulo. This trend will continue considering its importance as raw material for the production of sugar and ethanol. The expansion occurs primarily on areas that are currently occupied by pastures, causing impacts on soil and water. Due to the necessary activities for the establishment of the sugarcane culture, a soil erosion increase and a water balance change are expected. With this background, the objective of this work was to experimentally quantify the change in soil erosion and modification of water balance in the first meter of soil caused by the substitution of pasture by sugarcane. Runoff plots were constructed (20 x 5 \'M POT.2\') under pasture and new sugarcane planting (three replicates each) on a farm with Quartzarenic Neosol (Typic Quartzipsamments) soil in the municipality of Itirapina-SP. A weather station to measure rainfall and soil moisture at 30, 60 and 90 cm depth, and to collect the necessary parameters to calculate the evapotranspiration by Penman-Monteith method was installed. Gutters were installed at ground level to quantify the interception of the sugarcane canopy. After every precipitation event the soil loss and the drainage were quantified, and the daily water balance was determined for both soil uses. During the first year, the pasture had a soil loss of 0.26 Mg/ha.yr (additional 0.32 Mg/ha.yr were collected due to the disturbance of the soil during experiment installation), while sugarcane produced 2.58 Mg/ha.yr. In the second rainy season, the losses under pasture decreased to 0.04 Mg/ha and sugarcane recorded 0.47 Mg/ha. These results indicate that the replacement of pasture by sugarcane increased the sediment production during the first year by 2.32 Mg/ha in the second period, covering the soil under sugarcane with straw, the difference decreased to 0.43 Mg/ha. After four months of growth, the sugarcane canopy intercepts 40% of the precipitation. The runoff in the first year was 56.1 mm, decreasing to 11.8 mm in the second period, due to the presence of straw on the soil surface. In the same periods, runoff under pasture was 40.5 mm and 30.4 mm, respectively. Although there is less infiltration under sugar cane, the soil presents higher moisture due to the porosity increase by grating. The percolation under sugarcane is lower than in pasture due to a higher crop evapotranspiration