2. Solo, água, clima, planta e suas interações com a irrigação

A água é a substância mais reciclável da natureza. Ela faz parte essencial de todas as formas de vida dos reinos vegetal e animal e animal e encontra-se por toda parte na crosta terrestre e na atmosfera. Na faixa de temperaturas do ar que ocorrem sobre a Terra ela se apresenta nos três estados: sólido, líquido e gasoso e, como existem condições propícias para a passagem de um estado para outro, sua reciclagem é formidável.

Na fase líquida, ela se encontra em maiores quantidades nos mares e oceanos, mas também em grandes proporções nos continentes, em lagos, rios, no solo e em reservatórios subterrâneos. Sempre que houver contato entre a água líquida e a atmosfera, existe a possibilidade de haver evaporação, que é a passagem da água do estado líquido para o gasoso, isto é, de vapor (a temperatura abaixo da ebulição).

O vapor d'água, entrando na atmosfera, tem a possibilidade de grande circulação em torno do globo terrestre. A evaporação dá-se na superfície dos oceanos, mares. lagos e solo. Perda na fase gasosa através da planta são chamadas de transpiração e ao conjunto, isto é, perdas pelo solo e pela planta, dá-se o nome de evapotranspiração.

Na fase sólida, a água apresenta-se principalmente na crosta terrestre, nas regiões polares e de grande altitude, nas formas de gelo e neve. Com disponibilidade de energia, a água sólida pode passar para a fase líquida, podendo, porém, também passar diretamente para a fase gasosa, processo este denominado sublimação. O gelo e a neve, ao derreterem (processo de fusão). formam cursos d'água e umedecem diretamente o solo sobre o qual foram depositados.

Os processos de evaporação, transpiração, sublimação e fusão exigem energia, sendo a fonte principal o Sol. Por isso, eles são afetados pela intensidade da radiação solar, pela temperatura do ar e da água, pelo vento, pela umidade do ar e muitos outros fatores.

O vapor d'água na atmosfera entre em sua circulação geral e, em condições especiais, passa a se constituir de nuvens, voltando ao estado líquido na forma de minúsculas gotas ou ao estado sólido na forma de delicados cristais de neve. Das nuvens, a água pode voltar à superfície da terra como chuva, granizo ou neve. A chuva é precipitação na forma líquida e o granizo na forma de gelo, o que acontece quando gotas de chuva atravessam regiões de temperaturas abaixo de zero e se solidificam. A neve é precipitação na forma de cristais, já formados a baixa temperatura, por sublimação, a partir do vapor d'água.

A chuva, ao atingir a superfície do solo, nele se infiltra, havendo possibilidade de parte da água escorrer pela superfície. Este segundo processo é denominado escoamento superficial ou "run-off" e é um dos processos responsáveis pela erosão do solo. Por erosão, grandes quantidades de solo valioso podem ser perdidas.

Infiltração de Água no Solo:

Infiltração é o nome dado ao processo pelo qual a água penetra no solo,  através de sua superfície. A velocidade de infiltração (VI) d'água em um solo é um fator muito importante na irrigação, visto que ela determina o tempo em que se deve manter a água na superfície do solo ou a duração da aspersão, de modo que se aplique uma quantidade desejada de água. Ela é expressa em termos de altura de lâmina d'água ou volume d'água por unidade de tempo, em geral, nas unidades mm/h, cm/h, ou l/s.

A VI depende diretamente da textura e da estrutura dos solos. Em solos arenosos ou argilosos, com partículas bem agregadas, em razão de sua maior percentagem de poros grandes, tem-se maiores velocidades de infiltração.

Em um mesmo tipo de solo a VI varia com:

- A percentagem de umidade do solo, na época de irrigação;

- A porosidade de solo;

- A existência de camada menos permeável, ao longo do perfil.

Observa-se que a variação da VI em um mesmo solo, por causa da diferença do teor de umidade, desaparece geralmente 60 minutos depois do início da aplicação.

A velocidade de infiltração nos solos diminui com o aumento do tempo de aplicação d'água. Inicialmente, ele é relativamente alta, e vai diminuindo, gradativamente, até um valor quase constante. Nesse ponto, em que a variação da VI é muito pequena, praticamente constante, ela é chamada de velocidade de infiltração básica - VIB.

Outro termo muito usado é a infiltração acumulada (I), que é a quantidade total d'água infiltrada, durante determinado tempo. Ela é geralmente expressa  em mm ou cm, referindo-se a altura da lâmina d'água que infiltrou na superfície do solo, litros por unidade de superfície ou litros por unidade de comprimento de sulco.

Pode-se também calcular a quantidade d'água que infiltrou em um solo em função da curva de infiltração acumulada deste solo.

Há vários métodos e várias maneiras de determinar a VI de um solo. Para que o seu valor seja significativo, o método de determiná-la deve ser condizente com o tipo de irrigação que será usado naquela área. Para isso, podem-se classificar os diversos tipos de irrigação, segundo a infiltração, em dois grupos:

- Quando a infiltração se processa apenas na vertical, o que ocorre na irrigação nas irrigações por aspersões e inundações;

- Quando a infiltração ocorre tanto na direção vertical como horizontal, como é o caso da irrigação em sulco.

Sendo assim, ao fazer-se irrigação em sulco, a VI deve ser determinada pelo método da "Entrada-Saída" d'água no sulco ou pelo método do "Infiltrômetro de Sulco", ou pelo método do balanço d'água no sulco.

No caso de irrigação por aspersão ou por inundação, deve-se determinar a VI pelos métodos das "Bacias", do "Infiltrômetro de Anel" ou do "Infiltrômetro de Aspersor".

Velocidade de Infiltração "versus" tempo

Segundo a VIB de um solo, pode-se classificá-lo em:

Tipo de Solo

Solo de VIB muito alta: maior que 3,0 cm/h

Solo de VIB alta: 1,5 a 3,0 cm/h

Solo de VIB média: 0,5 a 1,5 cm/h

Solo de VIB baixa: menor que 0,5 cm/h.

O valor da VIB de um solo é um fator de grande importância em irrigação, pois é ele que indicará quais os métodos de irrigação possíveis de serem usados naquele solo, bem como determinará a intensidade de precipitação máxima que poderá ser permitida na irrigação por aspersão.

(Futuramente trataremos de forma pais aprofundada deste assunto).

Águas Subterrâneas:

Água subterrânea é toda a água que ocorre abaixo da superfície da Terra, preenchendo os poros ou vazios intergranulares das rochas sedimentares, ou as fraturas, falhas e fissuras das rochas compactas, e que sendo submetida a duas forças (de adesão e de gravidade) desempenha um papel essencial na manutenção da umidade do solo, do fluxo dos rios, lagos e brejos. As águas subterrâneas cumprem uma fase do ciclo hidrológico, uma vez que constituem uma parcela da água precipitada.

Após a precipitação, parte das águas que atinge o solo se infiltra e percola no interior do subsolo, durante períodos de tempo extremamente variáveis, decorrentes de muitos fatores:

• porosidade do subsolo: a presença de argila no solo diminui sua permeabilidade, não permitindo uma grande infiltração;
• cobertura vegetal: um solo coberto por vegetação é mais permeável do que um solo desmatado;
• inclinação do terreno: em declividades acentuadas a água corre mais rapidamente, diminuindo a possibilidade de infiltração;
• tipo de chuva: chuvas intensas saturam rapidamente o solo, ao passo que chuvas finas e demoradas têm mais tempo para se infiltrarem.

Durante a infiltração, uma parcela da água sob a ação da força de adesão ou de capilaridade fica retida nas regiões mais próximas da superfície do solo, constituindo a zona não saturada. Outra parcela, sob a ação da gravidade, atinge as zonas mais profundas do subsolo, constituindo a zona saturada.

Zona não saturada: também chamada de zona de aeração ou vadosa, é a parte do solo que está parcialmente preenchida por água. Nesta zona, pequenas quantidades de água distribuem-se uniformemente, sendo que as suas moléculas se aderem às superfícies dos grãos do solo. Nesta zona ocorre o fenômeno da transpiração pelas raízes das plantas, de filtração e de autodepuração da água. Dentro desta zona encontra-se:

• Zona de umidade do solo: é a parte mais superficial, onde a perda de água de adesão para a atmosfera é intensa. Em alguns casos é muito grande a quantidade de sais que se precipitam na superfície do solo após a evaporação dessa água, dando origem a solos salinizados ou a crostas ferruginosas (lateríticas). Esta zona serve de suporte fundamental da biomassa vegetal natural ou cultivada da Terra e da interface atmosfera / litosfera.
• Zona intermediária: região compreendida entre a zona de umidade do solo e da franja capilar, com umidade menor do que nesta última e maior do que a da zona superficial do solo. Em áreas onde o nível freático está próximo da superfície, a zona intermediária pode não existir, pois a franja capilar atinge a superfície do solo. São brejos e alagadiços, onde há uma intensa evaporação da água subterrânea.
• Franja de capilaridade: é a região mais próxima ao nível d’água do lençol freático, onde a umidade é maior devido à presença da zona saturada logo abaixo.

Zona saturada: é a região abaixo da zona não saturada onde os poros ou fraturas da rocha estão totalmente preenchidos por água. As águas atingem esta zona por gravidade, através dos poros ou fraturas até alcançar uma profundidade limite, onde as rochas estão tão saturadas que a água não pode penetrar mais. Para que haja infiltração até a zona saturada, é necessário primeiro satisfazer as necessidades da força de adesão na zona não saturada. Nesta zona, a água corresponde ao excedente de água da zona não saturada que se move em velocidades muito lentas (em/dia), formando o manancial subterrâneo propriamente dito. Uma parcela dessa água irá desaguar na superfície dos terrenos, formando as fontes, olhos de água. A outra parcela desse fluxo subterrâneo forma o caudal basal que deságua nos rios, perenizando-os durante os períodos de estiagem, com uma contribuição multianual média da ordem de 13.000 km3/ano, ou deságua diretamente nos lagos e oceanos.

A superfície que separa a zona saturada da zona de aeração é chamada de nível freático, ou seja, este nível corresponde ao topo da zona saturada. Dependendo das características climatológicas da região ou do volume de precipitação e escoamento da água, esse nível pode permanecer permanentemente a grandes profundidades, ou se aproximar da superfície horizontal do terreno, originando as zonas encharcadas ou pantanosas, ou convertendo-se em mananciais (nascentes) quando se aproxima da superfície através de um corte no terreno.

Aquíferos:

Aquífero é uma formação geológica do subsolo, constituída por rochas permeáveis, que armazena água em seus poros ou fraturas. Outro conceito refere-se a aquífero como sendo, somente, o material geológico capaz de servir de depositário e de transmissor da água aí armazenada. Assim, uma litologia só será aquífera se, além de ter seus poros saturados (cheios) de água, permitir a fácil transmissão da água armazenada.

Um aquífero pode ter extensão de poucos quilômetros quadrados a milhares de quilômetros quadrados, ou pode, também, apresentar espessuras de poucos metros a centenas de metros. Etimologicamente, aquífero significa: aqui = água; fero = transfere; ou do grego, suporte de água.

Os aquíferos mais importantes do mundo, seja por extensão ou pela transnacionalidade, são: o Guarani – Argentina, Brasil, Paraguai, Uruguai (1,2 milhões de km2); o Arenito Núbia ­Líbia, Egito, Chade, Sudão (2 milhões de km2); o Kalaharij Karoo -Namíbia, Bostwana, África do Sul (135 mil km2); o Digitalwaterway vechte – Alemanha, Holanda (7,5 mil km2); o Slovak­Karst-Aggtelek -República Eslováquia e Hungria); o Praded – República Checa e Polônia (3,3 mil km2); a Grande Bacia Artesiana (1,7 milhões km2) e a Bacia Murray (297 mil km2), ambos na Austrália. Em um recente levantamento, a UNECE da Europa constatou que existem mais de 100 aquíferos transnacionais naquele continente.

Tipos de Aquíferos:

A litologia do aquífero, ou seja, a sua constituição geológica (porosidade/permeabilidade intergranular ou de fissuras) é que irá determinar a velocidade da água em seu meio, a qualidade da água e a sua qualidade como reservatório. Essa litologia é decorrente da sua origem geológica, que pode ser fluvial, lacustre, eólica, glacial e aluvial (rochas sedimentares), vulcânica (rochas fraturadas) e metamórfica (rochas calcárias), determinando os diferentes tipos de aquíferos.

Quanto à porosidade, existem três tipos aquíferos:

• Aquífero poroso ou sedimentar – é aquele formado por rochas sedimentares consolidadas, sedimentos inconsolidados ou solos arenosos, onde a circulação da água se faz nos poros formados entre os grãos de areia, silte e argila de granulação variada. Constituem os mais importantes aquíferos, pelo grande volume de água que armazenam, e por sua ocorrência em grandes áreas. Esses aquíferos ocorrem nas bacias sedimentares e em todas as várzeas onde se acumularam sedimentos arenosos. Uma particularidade desse tipo de aquífero é sua porosidade quase sempre homogeneamente distribuída, permitindo que a água flua para qualquer direção, em função tão somente dos diferenciais de pressão hidrostática ali existente. Essa propriedade é conhecida como isotropia.
• Aquífero fraturado ou fissural – formado por rochas ígneas, metamórficas ou cristalinas, duras e maciças, onde a circulação da água se faz nas fraturas, fendas e falhas, abertas devido ao movimento tectônico. Ex.: basalto, granitos, gabros, filões de quartzo, etc. A capacidade dessas rochas de acumularem água está relacionada à quantidade de fraturas, suas aberturas e intercomunicação, permitindo a infiltração e fluxo da água. Poços perfurados nessas rochas fornecem poucos metros cúbicos de água por hora, sendo que a possibilidade de se ter um poço produtivo dependerá, tão somente, desse poço interceptar fraturas capazes de conduzir a água. Nesses aquíferos, a água só pode fluir onde houverem fraturas, que, quase sempre, tendem a ter orientações preferenciais. São ditos, portanto, aquíferos anisotrópicos. Um caso particular de aquífero fraturado é representado pelos derrames de rochas vulcânicas basálticas, das grandes bacias sedimentares brasileiras.
• Aquífero cárstico (Karst) – formado em rochas calcárias ou carbonáticas, onde a circulação da água se faz nas fraturas e outras descontinuidades (diáclases) que resultaram da dissolução do carbonato pela água. Essas aberturas podem atingir grandes dimensões, criando, nesse caso, verdadeiros rios subterrâneos. São aquíferos heterogêneos, descontínuos, com águas duras, com fluxo em canais. As rochas são os calcários, dolomitos e mármores.

Quanto à superfície superior (segundo a pressão da água), os aquíferos podem ser de dois tipos:

• Aquífero livre ou freático – é aquele constituído por uma formação geológica permeável e superficial, totalmente aflorante em toda a sua extensão, e limitado na base por uma camada impermeável. A superfície superior da zona saturada está em equilíbrio com a pressão atmosférica, com a qual se comunica livremente. Os aquíferos livres têm a chamada recarga direta. Em aquíferos livres o nível da água varia segundo a quantidade de chuva. São os aquíferos mais comuns e mais explorados pela população. São também os que apresentam maiores problemas de contaminação.
• Aquífero confinado ou artesiano – é aquele constituído por uma formação geológica permeável, confinada entre duas camadas impermeáveis ou semipermeáveis. A pressão da água no topo da zona saturada é maior do que a pressão atmosférica naquele ponto, o que faz com que a água ascenda no poço para além da zona aquífera. O seu reabastecimento ou recarga, através das chuvas, dá-se preferencialmente nos locais onde a formação aflora à superfície. Neles, o nível da água encontra-se sob pressão, podendo causar artesianismo nos poços que captam suas águas. Os aquíferos confinados têm a chamada recarga indireta e quase sempre estão em locais onde ocorrem rochas sedimentares profundas (bacias sedimentares).

O aquífero semi-confinado que é aquele que se encontra limitado na base, no topo, ou em ambos, por camadas cuja permeabilidade é menor do que a do aquífero em si. O fluxo preferencial da água se dá ao longo da camada aquífera. Secundariamente, esse fluxo se dá através das camadas semi-confinantes, à medida que haja uma diferença de pressão hidrostática entre a camada aquífera e as camadas subjacentes ou sobrejacentes. Em certas circunstâncias, um aquífero livre poderá ser abastecido por água oriunda de camadas semi­confinadas subjacentes, ou vice-versa. Zonas de fraturas ou falhas geológicas poderão, também, constituir-se em pontos de fuga ou recarga da água da camada confinada.

Em uma perfuração de um aquífero confinado, a água subirá acima do teto do aquífero, devido à pressão exercida pelo peso das camadas confinantes sobrejacentes. A altura a que a água sobe chama-se nível potenciométrico e o furo é artesiano. Numa perfuração de um aquífero livre, o nível da água não varia porque corresponde ao nível da água no aquífero, isto é, a água está à mesma pressão que a pressão atmosférica. O nível da água é designado então de nível freático.

Funções dos Aquíferos:

Além de suprir água suficiente para manter os cursos de águas superficiais estáveis (função de produção), os aquíferos também ajudam a evitar seu transbordamento, absorvendo o excesso da água da chuva intensa (função de regularização). Na Ásia tropical, onde a estação quente pode durar até 9 meses e onde as chuvas de monção podem ser bastante intensas, esse duplo serviço hidrológico é crucial.

Os aquíferos também proporcionam uma forma de armazenar água doce sem muita perda pela evaporação – outro serviço particularmente valioso em regiões quentes, propensas à seca, onde essas perdas podem ser extremamente altas. Na África, por exemplo, em média, um terço da água extraída de reservatórios todo ano perde-se pela evaporação. Os pântanos, habitats importantes para as aves, peixes e outras formas de vida silvestre, nutrem-se, normalmente, de água subterrânea, onde o lençol freático aflora à superfície em ritmo constante. Onde há muita exaustão de água subterrânea, o resultado é, freqüentemente, leitos secos de rios e pântanos ressecados.

Portanto, os aquíferos podem cumprir as seguintes funções:

• Função de produção: corresponde à sua função mais tradicional de produção de água para o consumo humano, industrial ou irrigação.
• Função de estocagem e regularização: utilização do aquífero para estocar excedentes de água que ocorrem durante as enchentes dos rios, correspondentes à capacidade máxima das estações de tratamento durante os períodos de demanda baixa, ou referentes ao reuso de efluentes domésticos e/ ou industriais.
• Função de filtro: corresponde à utilização da capacidade filtrante e de depuração bio-geoquímica do maciço natural permeável. Para isso, são implantados poços a distâncias adequadas de rios perenes, lagoas, lagos ou reservatórios, para extrair água naturalmente clarificada e purificada, reduzindo substancialmente os custos dos processos convencionais de tratamento.
• Função ambiental: a hidrogeologia evoluiu de enfoque naturalista tradicional (década de 40) para hidráulico quantitativo até a década de 60. A partir daí, desenvolveu-­se a hidroquímica, em razão da utilização intensa de insumos químicos nas áreas urbanas, indústrias e nas atividades agrícolas. Na década de 80 surgiu a necessidade de uma abordagem multidisciplinar integrada da geohidrologia ambiental.
• Função transporte: o aquífero é utilizado como um sistema de transporte de água entre zonas de recarga artificial ou natural e áreas de extração excessiva.
• Função estratégica: a água contida em um aquífero foi acumulada durante muitos anos ou até séculos e é uma reserva estratégica para épocas de pouca ou nenhuma chuva. O gerenciamento integrado das águas superficiais e subterrâneas de áreas metropolitanas, inclusive mediante práticas de recarga artificial com excedentes da capacidade das estações de tratamento, os quais ocorrem durante os períodos de menor consumo, com infiltração de águas pluviais e esgotos tratados, originam grandes volumes hídricos. Esses poderão ser bombeados para atender o consumo essencial nos picos sazonais de demanda, nos períodos de escassez relativa e em situações de emergência resultantes de acidentes naturais, como avalanches, enchentes e outros tipos de acidentes que reduzem a capacidade do sistema básico de água da metrópole em questão.
• Função energética: utilização de água subterrânea aqueci da pelo gradiente geotermal como fonte de energia elétrica ou termal.
• Função mantenedora: mantém o fluxo de base dos rios.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

- ABAS. Águas Subterrâneas. O que são? Extraído de https://www.abas.org/aguas-subterraneas-o-que-sao em 22/03/2021. 

- BERNARDO, S; MANTOVANI, E.C.; SILVA, D.D.; e SOARES, A.A. Manual de Irrigação. 9.ed. Viçosa: Editora UFV,2019. 545p.

- MANTOVANI, Everardo Chartuni; BERNARDO, Salassier;  PALARETTI, Luiz Fabiano. Irrigação: Princípios e Métodos. 3ª ed. atual. Viçosa/MG: Ed. UFV, 2009. 355p.

- REICHARDT, K. A Água em Sistemas Agrícolas. 1ª Ed. São Paulo: Manole, 1990. 188p.

- REICHARDT, K. Processos de Transferência no Sistema Solo-Planta-Atmosfera. 4ª Ed., revisada e ampliada. Campinas: Fundação Cargill, 1985. 445p.