ABSTRACT This study is a historical overview of land governance initiatives implemented in Parana state, Brazil, since the 1970s, ranging from the work carried out by research institutes to government-sponsored programs. These initiatives encouraged the development of technologies and farmers’ widespread adoption of conservation practices. Furthermore, they highlight the factors that brought soil and water conservation to the forefront in discussions on agriculture. This bibliographic review was based on information in research papers and programs developed in Parana. We show that extensive work on management planning and natural resource conservation was undertaken in Parana to strengthen soil governance. The initiatives implemented in watersheds and the development of the no-tillage system represent considerable achievements. However, it was not always that straightforward. As time progressed, the false perception – mainly among farmers – that the erosion problem had been solved led many farmers to neglect soil conservation practices, and in some cases, to abandon agricultural terracing, contour farming, and crop rotation. This resulted in a resurgence of problems related to environmental degradation, aggravating erosion and causing losses of soil and water, with the concomitant environmental damage. In this regard, we describe the means deployed in a new strategy to stimulate a resurgence of effective soil governance based on public policies and public-private partnerships to promote soil and water conservation.

RESUMO O objetivo do estudo é oferecer um resgate histórico do conjunto de ações em governança do solo implementados no estado do Paraná, desde a década de 1970, que vão dos trabalhos desenvolvidos pelos institutos de pesquisa, aos programas governamentais. São ações que possibilitaram o desenvolvimento de tecnologias e a ampla adoção de práticas conservacionistas pelos produtores. Além de indicar os fatores que deram base para a retomada das discussões, em período recente, sobre conservação do solo e da água. Como fontes de informações foram utilizados relatórios de pesquisa e dos programas desenvolvidos no Paraná, empregando o método de revisão histórico-bibliográfica. Verificou-se que foi executado um amplo trabalho de planificação de uso, manejo e conservação dos recursos naturais no Paraná, denotando a construção de uma governança forte em solo e água. Destacam-se no Paraná as ações realizadas em microbacias hidrográficas, pelo pioneirismo do seu enfoque, duração e dimensões, e o desenvolvimento do Sistema Plantio Direto. Contudo, nem tudo foi sempre linear nessa evolução, uma vez que com o passar do tempo foi se constituindo a falsa percepção – principalmente entre os produtores – de que o problema da erosão já estava solucionado. Em consequência disso, muitos agricultores passaram a negligenciar práticas de conservação do solo com uso de terraços, o abandono das operações agrícolas em nível, bem como a rotação de culturas. Tais condutas reavivaram problemas conhecidos e graves de degradação, acentuando os processos de perdas de solo e água pela erosão, e seus prejuízos associados. Neste contexto, descreve-se os instrumentos que estão sendo utilizados em uma nova estratégia paranaense para a retomada de uma efetiva governança do solo, por meio de políticas públicas e de parcerias público-privadas na promoção da conservação de solos e água.

ABSTRACT Strategies to mitigate degradation and ensure food and water security are among the main challenges in agricultural development. Unconsolidated information about the positive impact of conservationist practices on productivity increase is fundamental for their adoption by farmers. This study evaluated if the saved rainfall excess in catchment with terrace generates higher soybean and corn yield due to greater water availability in the crop rooting zone. Experiments were conducted in southern Brazil during the agricultural years of 2016/17 (soybean) and 2017/18 (corn) in two paired zero-order catchments (~2.4 ha) with similar topography and soil properties. One catchment has no terraces, while the other has five broad-based terraces as a complementary practice to control runoff. Soybean and corn yield was compared between catchments through five paired transects, totaling 47 sampling points. The fraction of available water (FAW – the current in relation to the total available water) was monitored at two points in each catchment, one at the base and the other at the top, considering the elevation. The FAW was monitored with CS616 probes at eight soil layers (from 0.00 up to 1.60 m) at each point during the crop growth cycle. The FAW was higher in the terraced catchment than the non-terraced catchment during the soybean (14 %) and corn (8 %) cycles. The terraced area provided higher soybean (12 %) and corn (10 %) than the non-terraced area. These results highlight the importance of terraces to increase productivity by managing runoff on hillslopes, indicating the potential of terraces to mitigate water deficits.

Índices topográficos (IT) obtidos computacionalmente a partir do modelo numérico de elevação do terreno (MNE) têm sido incorporados em algoritmos computacionais aplicados na simulação de processos hidrológicos, erosivos e de transporte de poluentes. Por meio desses índices, zonas de acúmulo de umidade em uma bacia hidrográfica, por exemplo, podem ser previstas espacialmente através de IT, que levam em consideração efeitos de orientação de drenagem e declividade do terreno. Este trabalho tem como propósito o de apresentar uma revisão bibliográfica sobre esse tema e de demonstrar a aplicabilidade desses índices por meio de alguns exemplos, aplicada à modelagem agrícola e ambiental.

Topographic indices obtained computationally from the numerical model of elevation have been incorporated into computer algorithms and used in hydrological simulating processes, erosion and pollutant transport. Through these indices, zones of water accumulation in a catchment, for example, can be predicted using topographic index that take into account the slope orientation and land slope. This study aims to present a review of the literature on this topic by means of some examples applied in agricultural and environmental modelling.

Programas de conservação do solo e da água que utilizam a bacia hidrográfica como unidade de planejamento têm sido amplamente empregados. Um componente importante desses programas se refere à implantação de projetos de monitoramento hidrossedimentométrico e de qualidade de água para avaliar o impacto nos recursos hídricos das práticas introduzidas. Entretanto, em alguns casos, os resultados obtidos pelos projetos de monitoramento têm sido pouco conclusivos, devido a limitações dos procedimentos experimentais adotados. Esta revisão explora metodologias de avaliação que combinam técnicas tradicionais de monitoramento com técnicas de identificação de fontes de sedimentos que contribuem para elucidar os efeitos das práticas conservacionistas na produção de sedimentos em bacias hidrográficas e também a inter-relação dinâmica entre as fontes de sedimentos.

Soil and water conservation programs frequently use catchments as planning units. An important follow-up component of these programs is the installment of hydrosedimentometric and water quality monitoring projects to evaluate the impact of the practices introduced. However, in some cases, these monitoring projects have yielded inconclusive results, mostly due to procedural limitations. This review explores methods that combine traditional monitoring techniques with sediment source identification to further elucidate the impact of conservation practices on sediment yield in the catchment and dynamic interactions between different sediment sources.

Métodos de representação espacial para o cálculo do fator topográfico (LS) da Equação Universal de Perda de Solo Revisada (RUSLE) têm sido utilizados para estimar a erosão do solo e a produção de sedimentos em bacias hidrográficas. Esses procedimentos baseiam-se nas equações tradicionalmente empregadas para determinação do fator LS e em informações que caracterizam a forma das vertentes derivadas do modelo numérico de elevação (MNE). Neste estudo foram analisados dois métodos de representação espacial utilizados no cálculo do fator LS em modelos matemáticos de erosão e produção de sedimentos em bacias hidrográficas. A análise foi realizada em quatro bacias rurais de relevo movimentado. Os valores de LS obtidos pelos métodos de representação espacial foram comparados entre si e com valores de LS determinados pelo método tradicional com levantamento em campo. Resultados mostraram que os valores de LS gerados pelos métodos de representação espacial apresentam diferenças significativas entre si, sendo dependentes do procedimento de cálculo e do método utilizado para determinar a direção de fluxo no MNE. Também foi verificado que os valores numéricos do fator LS determinados pelos métodos de representação espacial apresentam diferenças em relação àqueles estimados pelo método tradicional.

Methods of spatial representation to calculate the topographic factor (LS) of the Revised Universal Soil Loss Equation (USLE) have been used to estimate soil erosion and sediment yield of watersheds. These procedures are based on equations traditionally used to determine the LS factor and information that characterize the hillslope forms and processes, derived from the Digital Elevation Model (DEM). Two computational methods commonly used to calculate LS factor in soil erosion and sediment yield models were analyzed in this study. The analysis was performed in four small rural watersheds with hilly terrain. The LS values obtained by the methods of spatial representation were compared with each other with LS values measured by the traditional method. Results show significant differences of the computer-generated LS values, which were related to the calculation procedure and the method used to determine the DEM flow direction. Differences were also observed between the numeric values of the LS factor determined by methods of spatial representation and in the field.

O objetivo deste trabalho foi combinar o modelo Century com técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto, para avaliar a dinâmica espaço-temporal do carbono orgânico total do solo (COT). O estudo foi implementado numa microbacia rural, na encosta superior do Nordeste do Rio Grande do Sul, RS, que apresentava inicialmente uma cobertura florestal que foi convertida para agricultura, ao longo de 80 anos. A calibração adequada do modelo, principalmente dos parâmetros relacionados à decomposição do COT, nos anos iniciais de exploração agrícola, foi fundamental para possibilitar a simulação coerente dos valores de COT. Em relação à distribuição espacial do COT, foi verificado que o maior impacto da agricultura, sobre o estoque original de COT, ocorreu nas áreas sob cultivo desde 1925, nas quais se constatou decréscimo de 58,2% do COT. Verificou-se que a integração do Century com um sistema de informações geográficas torna possível o estudo da dinâmica espaço-temporal do COT e a realização de inventários relativos à distribuição do COT.

The objective of this study was to combine the Century model with geoprocessing and remote sensing techniques, in order to evaluate spatial-temporal dynamics in total organic carbon (TOC). The study was carried out in a small rural watershed in Northeastern of Rio Grande do Sul State, Brazil. The area was initially under forest cover, which was progressively converted to agriculture in a period of 80 years. The proper calibrating of the model, especially in terms of TOC decomposition parameters, during the initial years of tillage, was essential to produce a coherent simulation of TOC values. Regarding the spatial distribution of TOC, it was observed that greatest impact of soil management on original contents occurred in the areas under cultivation since 1925, which showed a decline of 58.2% in TOC. The Century model integration with a geographic information system makes it possible the study of spatial-temporal dynamics of TOC and the performing of TOC distribution inventories.

Os sedimentos oriundos de áreas agrícolas são importante fonte de poluentes para os ecossistemas aquáticos. Existem várias fontes de sedimentos na escala de uma bacia hidrográfica rural, como lavouras, pastagens, florestas, rede fluvial e estradas. Cada uma tem características diferentes na magnitude de contribuição e potencial de contaminação. Identificar a origem dos sedimentos é fundamental na compreensão da taxa de emissão de sedimentos e no manejo dos sedimentos erodidos na escala de bacia. Este trabalho foi desenvolvido com o propósito de identificar as principais fontes de sedimentos de duas bacias rurais de cabeceira no Sul do Brasil, as quais são representativas do sistema agrário e das características fisiográficas da região. A metodologia utiliza a comparação entre os solos de diferentes fontes e os sedimentos em suspensão, usando traçadores naturais. A análise discriminante encontrou um grupo de variáveis capazes de distinguir as fontes de sedimentos. Com base na análise de classificação, as contribuições relativas de cada fonte nas bacias de Agudo e Arvorezinha foram, respectivamente: lavouras (68,3 e 55,5 %), estradas (28,1 e 37,6 %) e rede fluvial (3,6 e 6,9 %). Os resultados mostram que, além da contribuição predominante das lavouras, as erosões nas estradas e na rede fluvial contribuem significativamente para produção total de sedimentos nas bacias, demonstrando a importância dessa informação para controle da erosão do solo e manejo dos sedimentos na escala de bacia hidrográfica.

Sediments in agricultural areas represent a significant source of pollution of aquatic environments. There are many different sediment sources at the level of a rural catchment (e.g. crop fields, pastures, forests, river banks, and roads), with different magnitude of contribution and contaminant potential. The identification of the sediment origin is important to understand the sediment transport rate and the management of sediment eroded at the catchment scale. The goal of this work was to identify the main sediment sources of two rural headwater catchments in southern Brazil, representative of the regional agrarian system and physiographic characteristics. The methodology was based on a comparison between soils of different sources and the eroded sediments using natural tracers. A set of variables was found by the discriminant soil analysis to distinguish the sources. Based on the classification analysis, the relative contribution of each source to the eroded sediments in the Agudo and Arvorezinha catchments was, respectively: crop fields 68.3 and 55.5 %, roads 28.1 and 37.6 % and bank erosion 3.6 and 6.9 %. Results show that besides the major contribution coming from crop fields, erosion from roads and drainage represents a significant part of the total sediment. Such information is essential to control soil erosion and for sediment management at the catchment scale.

Os levantamentos de solos são fontes de informação necessárias para o planejamento de uso das terras, entretanto eles nem sempre estão disponíveis. Este estudo propõe o uso de regressões logísticas múltiplas na predição de ocorrência de classes de solos a partir de áreas de referência. Baseado no mapa original de solos em formato digital e parâmetros do terreno derivados do modelo numérico do terreno em ambiente ArcView, vários conjuntos de regressões logísticas múltiplas foram definidas usando o programa estatístico Minitab, estabelecendo relações entre as variáveis do terreno independentes e tipos de solos, usando tanto a legenda original como uma legenda simplificada, e usando ou não estratificação da área de estudo por classes de drenagem. Os parâmetros do terreno como elevação, distância dos rios, acúmulo de fluxo e índice de umidade topográfica foram as variáveis que melhor explicaram a distribuição das classes de solos. A estratificação por classes de drenagem não teve efeito significativo. A simplificação da legenda aumentou a precisão do método na predição da distribuição dos solos.

Soil surveys are necessary sources of information for land use planning, but they are not always available. This study proposes the use of multiple logistic regressions on the prediction of occurrence of soil types based on reference areas. From a digitalized soil map and terrain parameters derived from the digital elevation model in ArcView environment, several sets of multiple logistic regressions were defined using statistical software Minitab, establishing relationship between explanatory terrain variables and soil types, using either the original legend or a simplified legend, and using or not stratification of the study area by drainage classes. Terrain parameters, such as elevation, distance to stream, flow accumulation, and topographic wetness index, were the variables that best explained soil distribution. Stratification by drainage classes did not have significant effect. Simplification of the original legend increased the accuracy of the method on predicting soil distribution.

A produção de fumo no sul do Brasil tem causado um profundo impacto no meio ambiente, resultando em alta de produção de sedimentos e diminuindo a qualidade da água. Programas públicos têm se esforçado para resolver estes problemas com a implementação de práticas de controle de erosão. Para avaliar o impacto destes programas, uma pequena bacia rural (1,33km²) em Arvorezinha, no estado do Rio Grande do Sul, tem sido monitorada desde 2001. Instrumentos automáticos de medição da vazão e precipitação foram instalados na bacia e os sedimentos foram medidos com um amostrador manual do tipo DH48. Apesar de ter chovido menos em 2003, houve um aumento significativo na freqüência das vazões de estiagem e médias, e um aumento de 25% na produção de sedimentos em 2003 (91Mg km-2 year-1) comparado com 2002 (73Mg km-2 year-1). Estes resultados podem ser explicados por um aumento de 37,7% na área dedicada ao cultivo de fumo em 2003, devido ao aumento no preço do fumo.

Tobacco production in Southern Brazil has caused a profound impact in the environment, resulting in heavy sediment yields and diminishing water quality. Public programmes have attempted to address these problems by encouraging the implementation of erosion control practices. To evaluate the impact of these programmes, a small rural catchment (1.33km²) in Arvorezinha county, in the state of Rio Grande do Sul, Brazil, has been monitored since 2001. Instruments to automatically monitor flow rate and precipitation were installed in the catchment and sediment has been measured manually using a DH-48 sampler. Despite lower rainfall in 2003, there was a significant increase in the frequency of low and average flow rates, and sediment yield increased 25% in 2003 (91Mg km-2 year-1), compared with 2002 (73Mg km-2 year-1). These results can be explained by a 37.7% increase in the area dedicated to tobacco cultivation in 2003, due to a rise in tobacco prices.

A disciplina Planejamento Integrado de Uso da Terra, do Curso de Agronomia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, associa os conhecimentos da área de solos com os demais do Curso de Agronomia, interligando-os e dando-lhes consistência e significado. A disciplina vale-se do planejamento integrado para reunir o conhecimento agronômico num projeto de exploração e desenvolvimento sustentável de uma ou mais propriedades rurais por meio de uma seqüência de atividades, assim definidas: caracterização regional, levantamento dos recursos naturais existentes na propriedade, levantamento do seu uso atual, diagnóstico do sistema produtivo e elaboração de uma proposta de exploração sustentável da propriedade, que é apresentada para a comunidade local. Os resultados desta experiência demonstram que a disciplina tem sido muito proveitosa no treinamento e aperfeiçoamento dos estudantes, tendo recebido suporte e apoio por parte do corpo discente, dos agricultores e das organizações envolvidas no processo de planejamento agrícola.

The Integrated Land Use Planning course of the Agronomy School of the Federal University of Rio Grande do Sul State, Porto Alegre, Brazil, associates Soil Science with other courses taught in Agronomy, establishing consistent and meaningful crosslinks. The course uses integrated land use planning to feed the compiled agronomical knowledge into a project of sustainable land use for one or more farms. The following sequence of procedures is used for this purpose: regional characterization, survey of existing natural resources, ascertainment of their actual use, production diagnosis, and elaboration of a project for sustainable farm use, which is presented to the local community. Results showed that the course was most useful to train and improve the students' abilities and was supported by students, farmers and organizations engaged in land use planning.