ABSTRACT Phosphorus losses in runoff water and eroded sediment may increase the risk of eutrophication. Erosion prediction models can be used to assess and quantify nutrient losses and transport in different soil management scenarios. This study aimed to assess the performance of models to estimate the losses of available phosphorus in eroded sediments and assess their spatial variability pattern. The experiment was installed on a eutrophic Red Ultisol located in Tabapuã, northwestern São Paulo State, São Domingos Stream Watershed. Aiming at estimating and validating the models, measurements were made from 2007 to 2015 at 17 observation points (slopes), determining soil phosphorus content (Psoil), eroded sediments (Psed), and enrichment rate (ERsed). The models applied to estimate the enrichment rates of phosphorus in the eroded sediment and runoff are efficient when in use with the predictions of the model Water Erosion Prediction Project (WEPP). The enrichment rates obtained presented a Nash-Sutcliffe (NS) coefficient close to 1. Losses of soluble phosphorus in runoff above 0.02 mg L−1, a critical value for eutrophication, can be obtained in 81% of the watershed area with a probability higher than 75%.

ABSTRACT Considering the importance of nutrients in the soil for the plants development and the soil quality conservation and the quantification relevance of them for proper soil management, the aims of this research were: (i) to quantify the clay loss, adsorbed and soluble P from interrill erosion influenced by the presence of sugarcane residues on the ground surface; (ii) to determine the minimum percentage of residues to be maintained on the soil surface to not enrich the eroded sediment by clay and soluble P (Psed) and adsorbed (Pads). The experimental area is located in Guariba - SP, with soil classified as Red Dystrophic Oxisol. The experiment was designed based on results of previous experiments with residue analysis of variance for 40 plots. These experiments were conducted by our research group, which provided field representation and the establishment of a minimum number of degrees of freedom necessary to ensure normal distribution of results and variance homoscedasticity. The experimental design was completely randomized in a factorial design, 5 treatments with straw sugarcane and 3 repetitions, totaling 15 plots. In the treatments, the straw was manually distributed across the surface of the soil in amounts of 0; 0.16; 0.35; 0.52 to 0.7 Kg by plot, giving 0% coverage (SC0), 25% (SC25), 50% (SC50), 75% (SC75) and 100% (SC100), respectively. The experimental plots were subjected to simulated rain with average intensity of 60 mm h−1 for 65 minutes. To avoid enrichment ratio (ER) of the sediment eroded by Psed, Pads and clay, a minimum soil surface coverage (SC) of 42% is necessary.

A gestão adequada dos resíduos de culturas agrícolas pode produzir benefícios em um mundo mais quente e mais propenso à seca. Experimentos de campo foram conduzidos em áreas de produção de cana-de-açúcar no Sudeste do Brasil a fim de avaliar a influência dos resíduos de cultura na superfície do solo, em emissões de CO2 de curto prazo. O estudo foi conduzido por um período de 50 dias após a instalação das 6 parcelas com e sem resíduos de cultura aplicados sobre a superfície do solo. Os efeitos dos resíduos da cana-de-açúcar sobre as emissões de CO2 foram imediatos; as emissões das parcelas cobertas com restos vegetais de cultura e densidades equivalentes a 3 (D50) e 6 (D100) t ha-1 (massa seca) foram inferiores quando comparadas às parcelas sem cobertura vegetal (D0). Além disso, as parcelas cobertas com restos vegetais tiveram a temperatura do solo mais baixa e a umidade do solo mais elevada para a maioria dos dias de estudo, especialmente durante o período sem chuvas. As emissões totais foram tão elevadas quanto 553,62 ± 47,20 g CO2 m-2, e tão baixas quanto 384,69 ± 31,69 g CO2 m-2 nas parcelas sem cobertura vegetal e com uma densidade equivalente a 3 t ha-1, respectivamente. Os resultados indicam redução significativa das emissões de CO2 do solo, indicando a conservação de carbono no solo durante o período de curto prazo após a aplicação de resíduos de cana-de-açúcar na superfície do solo.

The proper management of agricultural crop residues could produce benefits in a warmer, more drought-prone world. Field experiments were conducted in sugarcane production areas in the Southern Brazil to assess the influence of crop residues on the soil surface in short-term CO2 emissions. The study was carried out over a period of 50 days after establishing 6 plots with and without crop residues applied to the soil surface. The effects of sugarcane residues on CO2 emissions were immediate; the emissions from residue-covered plots with equivalent densities of 3 (D50) and 6 (D100) t ha-1 (dry mass) were less than those from non-covered plots (D0). Additionally, the covered fields had lower soil temperatures and higher soil moisture for most of the studied days, especially during the periods of drought. Total emissions were as high as 553.62 ± 47.20 g CO2 m-2, and as low as 384.69 ± 31.69 g CO2 m-2 in non-covered (D0) and covered plot with an equivalent density of 3 t ha-1 (D50), respectively. Our results indicate a significant reduction in CO2 emissions, indicating conservation of soil carbon over the short-term period following the application of sugarcane residues to the soil surface.

A erosão é a forma de degradação do solo com efeitos na produtividade das culturas e na poluição do meio ambiente. Para compreender a variabilidade espacial desse fenômeno, técnicas geoestatísticas e conceitos da relação solo-paisagem podem ser utilizados para identificar compartimentos da paisagem com diferentes potenciais de erosão. O objetivo deste trabalho foi estabelecer elementos para a compreensão dos fatores de erosão em compartimentos da paisagem e das relações com a suscetibilidade magnética (SM) dos solos de uma vertente no município de Gilbués -PI. Foram montadas malhas de amostragem nos compartimentos I e II, com 121 pontos, e compartimento III, com 99 pontos, espaçados a cada 10 m. Houve diferença significativa para erodibilidade (K) e risco de erosão (RE); a variabilidade espacial da SM foi menor do que a dos fatores de erosão do solo. As perdas de solo (A), potencial natural de erosão (PNE), RE e SM tiveram relação espacial com o fator topográfico, indicando dependência da erosão ao relevo. Concluiu-se que as perdas de solo, o potencial natural de erosão e o risco de erosão apresentaram relação espacial com o fator topográfico, comprovando a dependência dos fatores de erosão ao relevo. A suscetibilidade magnética do solo pode ser utilizada como variável auxiliar na quantificação indireta do fator erodibilidade e do risco de erosão do solo.

The erosion is the degradation of soil with effects on crop productivity and pollution of the environment. To understand the spatial variability of this phenomenon, geostatistical techniques and concepts of soil-landscape can be used to identify landscape compartments with different potential of erosion. The aim of this study was to understand the factors of erosion in landscape compartments and the relations with the magnetic susceptibility (MS) of the soils in a slope in Gilbués, state of Piauí (PI), Brazil. Sampling meshes were set in compartments I and II with 121 points and in compartment III with 99 points spaced every 10 meters. There was significant difference to erodibility (K) and risk of erosion (RE); the spatial variability of MS was lower than the factors of soil erosion. The soil losses (A), the natural erosion potential (NEP), the RE and the MS had spatial relation with the topographic factor, indicating dependence of the erosion with the relief. We concluded that losses of soil, natural erosion potential and risk of erosion have spatial relation with the topographic factor, showing the dependence of the erosion factors with the relief. The soil magnetic susceptibility can be used as an auxiliary variable in the indirect quantification of the erodibility factor and the risk of soil erosion.

A erosão em entressulcos resulta da desagregação causada pelo impacto das gotas de chuva na superfície do solo e pelo transporte superficial das partículas do solo desagregadas, onde se encontram a matéria orgânica e os nutrientes fundamentais para a produção agrícola. O presente trabalho teve como objetivo avaliar as perdas de solo, matéria orgânica e nutrientes em uma vertente localizada em uma área de Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico, cultivada com cana-de-açúcar, que é colhida mecanicamente. As parcelas experimentais foram submetidas à ação de uma chuva simulada com intensidade de 60 mm h-1, durante 65 minutos. Foram feitas análises do sedimento erodido para a determinação do volume de solução, das perdas de solo, matéria orgânica e nutrientes. Houve maiores perdas de solo, matéria orgânica e nutrientes nos sedimentos oriundos das parcelas com 0% e 25% de cobertura por palha de cana-de-açúcar. Em média, essas perdas foram reduzidas nas parcelas com 75% e 100% de cobertura com palha de cana-de-açúcar. Os resultados permitiram concluir que uma cobertura com palha de cana-de-açúcar acima de 50%, da área colhida, reduz a perda de solo e de matéria orgânica, bem como diminui a concentração de nutrientes no sedimento erodido.

The interril erosion results of the disaggregation caused by the impact of the rainfall on the surface and by the superficial transport of the disaggregated soil particles, where there are the organic matter and the nutrients for the agricultural production. The present work aimed to evaluate the soil, organic matter and nutrients losses of a slope located in an area of distrofic Oxisol, cultivated with sugarcane and submitted to the automated crop. Experimental portions were submitted to the action of a simulated rain of 60 mm h-1 intensity, for 65 minutes. Analyses of the erosion sediment were made to determine the solution volume and soil, organic matter and nutrients losses. There were larger soil, organic matter and nutrients losses in the sediment of the portions with 0% and 25% of sugarcane straw coverage. On average, the losses were significantly reduced in the portions with 75% and 100% of sugarcane straw coverage. The results allowed concluding that the sugarcane straw coverage above 50%, in the crop area, reduces the soil and organic matter loss as well as the concentration of nutrients in the erosion sediment.

Este trabalho teve por objetivo identificar qualitativamente as áreas suscetíveis à erosão laminar na bacia do Rio Uberaba, localizada em Uberaba -MG, apoiado no modelo matemático da Equação Universal de Perda de Solo (EUPS). Foram utilizadas cartas de: solos, uso e ocupação das terras, redes de drenagem, declividade e dados pluviográficos, utilizando-se de um Sistema de Informação Geográfica (SIG -IDRISI). A espacialização do potencial de erosão só foi possível a partir da estimativa da tolerância às perdas laminares para cada tipo de solo da bacia, e da profundidade dos solos, por entender que as perdas são mais significativas em solos mais rasos do que em solos muito profundos. Na análise dos resultados, verificou-se que 37% da área total da bacia do Rio Uberaba (905,24 km²) sofrem perdas de solos acima do limite de tolerância, sendo 12% em solos profundos e 25% em muito profundos, e a espacialização deste evento favorece a adoção de ações efetivas quanto à conservação dos solos da bacia.

This work aimed to identify qualitatively the areas susceptive to laminar erosion in Uberaba river watershed, located in Uberaba-MG, Brazil, based on the mathematical model of the Universal Soil Loss Equation (USLE). The following maps had been used: soil, land use, drainage net, slope and rainfall data, using a Geographic Information System (GIS - IDRISI) to analyze and manage the data that are linked to the location. The spatiality of the potential of erosion was possible from the estimative of the tolerance to laminar losses for each kind of soil in the watershed and soil depth, to understand that the losses are more significant in flatter soil than in very deep ones. In the analysis of the results, it was verified that 37% of the total area of the watershed of the Uberaba river (905,24 km²) showed losses above the tolerance limit, being 12% in deep soil and 25% in very deeply ones, and the spatiality of this event, regards to effective the actions due to soil conservation of the watershed.

O presente estudo trata da avaliação da degradação ambiental da bacia do Rio Uberaba, situada no triângulo mineiro, com área de 241.904,30 ha, abrangendo os municípios de Uberaba, Veríssimo, Conceição das Alagoas e pequena porção de Planura. Neste estudo, foi produzido o mapa de degradação ambiental contendo quatro níveis: baixo, moderado, acentuado e severo. Os parâmetros utilizados nesta avaliação foram: vegetação, topografia, solo/geologia, potencial natural de erosão, mecanização, área agrícola, densidade populacional, pecuarização e área de conflito, aos quais foram atribuídos pesos. Para o nível de degradação "baixo", foram definidos valores ≤ 13 pontos. Para o nível "moderado", valores situados no intervalo de 14 a 16. Entre 17 e 19 pontos para o nível "acentuado", e o nível "severo" com valores ≥ 20 pontos. Este estudo consolida as consequências do uso inadequado das terras, não respeitando a sua aptidão natural. As áreas com nível moderado de degradação representam 47%, áreas de nível acentuado (48%), e severo (4%) representam 52%, o que revela indício muito forte no avanço da destruição dos recursos naturais. As áreas classificadas com nível baixo representam apenas 1%, bastante inexpressiva, destacando o descaso na preservação dos recursos naturais.

The present study is about the evaluation of the environmental degradation of the Uberaba river watershed situated in a region called Triângulo Mineiro. It possesses an area of 241,904.30 ha, which encloses the cities of Uberaba, Veríssimo, Conceição das Alagoas and a small portion of Planura. In this study the map of ambient degradation was produced containing four levels: low, moderate, accented and severe. The parameters used in this classification were: vegetation, topography, soil/geology, natural potential for erosion, mechanization, agricultural area, population density, cattle-raising and area of conflict for which it was attributed values. For "the low" level of degradation it was defined values ≤ 13 points. For "the moderate" level, values situated in the interval of 14 to 16. Values between 17 and 19 for "the accented" level, and "the severe" level with values ≥ 20 points. This study consolidates the consequences of the inadequate use of land when it is not respected its natural aptitude. The areas with moderate level of degradation represent 47%; however the areas of accented level (48%) and severe (4%) represent 52%, what discloses a strong indication in the advance of the destruction of natural resources. The areas classified with low level represent only 1%, sufficiently inexpressive, detaching the indifference in the preservation of natural resources.

O presente trabalho teve como objetivo determinar as perdas de solo, matéria orgânica (MO) e nutrientes (P, K, Ca e Mg) por erosão, em área cultivada com cana-de-açúcar, cuja palhada é mantida sobre a superfície do solo, localizada em Catanduva - SP, sob um Argissolo Vermelho--Amarelo. Em parcelas experimentais, com 0 (CS0), 50 (CS50) e 100% (CS100) de cobertura sobre a superfície do solo, aplicou-se chuva simulada com intensidade de 60 mm h-1, durante 65 minutos. Análises do sedimento erodido indicaram taxas de enriquecimento da seguinte ordem: 2,7 a 1,9 (MO), 3,8 a 2,7 (P), 1,3 a 1,7 (K), 3,9 a 3,6 (Ca) e 2,9 a 2,6 (Mg) vezes em relação ao solo original para CS0 e CS50, respectivamente. A CS50 propiciou controle significativo da erosão de 69%, mas não reduziu a concentração de MO e nutrientes no sedimento erodido. A CS100 foi significativamente eficiente no controle da erosão (89%) e na redução das concentrações de MO (69%), P (88%), K (23%), Ca (74%) e Mg (75%) no sedimento.

The objective of this study was to determine the losses of soil, organic matter (OM) and nutrients (P, K, Ca, and Mg) caused by erosion in an area cultivated with sugarcane containing controlled amount of crop residues in soil surface, in Catanduva city, São Paulo State, Brazil. The soil at the experimental site is an Alfisol. Test plots were 0 (CS0), 50 (CS50) and 100% (CS100) of crop residues cover, submitted to simulated rainfall simulated of 60 mm h-1, during 65 minutes. Analyses of the eroded sediment indicate an enrichment ratio of 2.7 - 1.9 (OM), 3.8 - 2.7 (P), 1.3 - 1.7 (K), 3.9 - 3.6 (Ca), and 2.9 - 2.6 (Mg) times in relation to the CS0 and CS50, respectively. The CS50 was more efficient for controlling the erosion processes in 69%, but not for the reduction of the OM and nutrients losses in the eroded sediment. On the other hand, CS100 was efficient for erosion control of 89% and in the reduction of OM (69%), P (88%), K (23%), Ca (74%) and Mg (75%) in the eroded sediment.

Os objetivos do presente trabalho foram desenvolver rotina computacional para a solução da equação de Yalin e do diagrama de Shields e avaliar uma equação simplificada para modelar a capacidade de transporte de sedimento num Latossolo Vermelho Distrófico que possa ser utilizada no Water Erosion Prediction Project - WEPP, assim como em outros modelos de predição da erosão do solo. A capacidade de transporte de sedimento para o fluxo superficial foi representada como função-potência da tensão cisalhante, a qual revelou ser aproximação da equação de Yalin. Essa equação simplificada pôde ser aplicada em resultados experimentais oriundos de topografia complexa. A equação simplificada demonstrou acuracidade em relação à equação de Yalin, quando calibrada utilizando-se da tensão média cisalhante. Testes de validação com dados independentes demonstraram que a equação simplificada foi eficiente para estimar a capacidade de transporte de sedimento.

The objectives of the present work were to develop a computational routine to solve Yalin equation and Shield diagram and to evaluate a simplified equation for modeling sediment transport capacity in a Dystrophic Hapludox that could be used in the Water Erosion Prediction Project - WEPP, as well as other soil erosion models. Sediment transport capacity for shallow overland flow was represented as a power function of the hydraulic shear stress and which showed to be an approximation to the Yalin equation for sediment transport capacity. The simplified equation for sediment transport could be applied to experimental data from a complex topography. The simplified equation accurately approximated the Yalin equation when calibrated using the mean hydraulic shear stress. Validation tests using independent data showed that the simplified equation had a good performance in predicting sediment transport capacity.

O presente trabalho teve como objetivo principal determinar as perdas de nutrientes por erosão em entressulcos, sulcos e global (entressulcos + sulcos, A), em área cultivada com cana-de-açúcar submetida à queima da palhada na sua pré-colheita, na Fazenda Santa Bárbara, localizada em Guariba - SP, sob um Latossolo Vermelho eutroférrico (LVef). Parcelas experimentais foram submetidas à chuva simulada com intensidade de 80 mm h-1, durante 65 minutos. Análises do sedimento erodido indicaram altas taxas de enriquecimento: 1,62 (matéria orgânica, MO); 4,30 (P); 1,17 (K); 1,33 (Ca) e 1,24 (Mg) vezes em relação ao solo original. As perdas de solo e nutrientes, em função do tipo de erosão, obedeceram à seguinte ordem: sulcos > global > entressulcos. Análises geoestatísticas indicaram que as perdas de solo (A), MO, P, K e Ca por erosão apresentaram forte grau de dependência espacial, enquanto as perdas de Mg tiveram moderado grau de dependência espacial. Mapas da distribuição dos padrões de variabilidade espacial das perdas por erosão indicaram que o cultivo de cana-de-açúcar conserva as propriedades químicas e físicas do solo na maior parte da área.

The principal objective of this study was to determine the nutrient losses from interrill, rill and global erosion (interrill + rill, A) in an area cultivated with sugarcane at Santa Bárbara farm, in the region of Guariba (SP), in a Typic Haplustox, very clayey texture. The cane was burnt prior to harvest. The plots were submitted to a rainfall simulation at intensity of approximately 80 mm h-1 for about 65 minutes. Analyses of the sediment indicated much higher enrichment ratio: 1.62 (organic matter, OM); 4.30 (P); 1.17 (K); 1.33 (Ca) and 1.24 (Mg) times when compared with the original soil. The nutrients and the soil losses in function of the erosion type have the following order: rill > interrill > large plots. Geostatistical analyses indicated that the soil erosion (A) and OM, P, K e Ca losses have a strong spatial dependence degree, while Mg losses have a moderate spatial dependence degree. Distribution maps showing spatial patterns variability of the erosion losses indicated that sugarcane culture conserves the soil chemical and physical properties in the greatest part of the area.

Visando a avaliar a variabilidade espacial de fatores de erosão em Latossolo Vermelho eutroférrico, foram obtidas amostras do solo em intervalos regulares de 50 m, em forma de grid, totalizando 206 pontos de amostragem. Foram coletadas amostras nas profundidades de 0,0-0,2 m para a determinação da composição granulométrica e do conteúdo de matéria orgânica. Os fatores de erosão locais, como erosividade (R), erodibilidade (K), relevo (LS), perda de solo (A), potencial natural de erosão (PNE), risco de erosão (RE) e expectativa de erosão (EE), foram avaliados. A variabilidade do solo medida pelo coeficiente de variação registrou-se média para K, alta para o RE e EE e muito alta para A, LS e PNE. As variáveis estudadas apresentaram estrutura de dependência espacial com grau moderado para as variáveis K, A, PNE e RE, e forte para o LS e EE. Mapas obtidos por krigagem foram apresentados para descrição dos padrões de distribuição dos fatores de erosão na paisagem.

The objective of this work was to evaluate the spatial variability of soil erosion factors on a Dark Red Oxisol under sugarcane conventional tillage. Soil samples were collected in 206 points, in a depth of 0.0-0.2 m, located in a 50 m regular grid for obtaining the soil texture and organic matter content. The local erosion factors were determined: erosivity (R), erodibility (K), relief (LS), soil erosion (A), natural potential of erosion (PNE), erosion risk (RE) and erosion expectation (EE). Geostatistical analysis was performed to measure and model the spatial variability of soil erosion factors. The soil variability was moderate with K, A, and PNE while the soil variability was higher with LS, RE, and EE. K, A, and PNE exhibited moderate spatial dependence, but spatial dependence of LS, RE and EE was strong. Kriging maps were presented for understanding of soil erosion factors distribution patterns within the landscape.

A análise de um modelo de erosão é um crítico passo no desenvolvimento de uma ferramenta de predição da erosão aplicável e válida; isso é crucial para avaliar o desempenho dos modelos existentes para assegurar que as estimativas de um modelo condizem com a realidade. O objetivo do presente trabalho foi avaliar modelos para a predição do subfator cobertura e manejo (CiII) relativo à erosão entressulcos. Um experimento fatorial completo foi conduzido com cinco doses de resíduo de milho (0; 0,05; 0,15; 0,40 e 0,80 kg m-2), quatro declives e duas repetições, sob condições de prévio umedecimento para determinar as taxas de erosão entressulcos (Di) e enxurrada (R). Num primeiro experimento, foi avaliada a erodibilidade entressulcos (Ki) e o subfator cobertura e manejo (CiII), em parcelas experimentais de 0,5 x 0,75 m, em solo recentemente preparado. Num segundo experimento, foram avaliados Di, R, Ki e CiII, também em parcelas de 0,5 x 0,75 m, em solo recém- preparado. Os valores de Di, R, Ki e CiII, obtidos no segundo experimento, foram utilizados na avaliação dos modelos testados. Os modelos CiII = e-2,50 CS/100 e CiII = e -2,238 CS/100 apresentaram boas estimativas para o subfator CiII.

Analysis of erosion model is a critical step in developing an usable and valid erosion prediction tool; it is crucial to evaluate the performance of the models being used to ensure that the model predictions are realistic. The objective of the present work was to evaluate the performance of models in predicting cover-management subfactor (CiII) for interrill erosion. A complete factorial rainfall simulation experiment with five corn stalk residue cover (0; 0.05; 0.15; 0.40 and 0.80 kg m-2), four slopes, and two replicates was conducted under prewetted conditions to mesure sediment delivery (Di) and runoff (R). In this first experiment was evaluated interrill erodibility (Ki) and the soil cover effect (CiII), on experimental plots of 0.5 x 0.75 m on freshly tilled soil. In the second experiment was evaluated Di, R, Ki and CiII, on experimental plots of 0.5 x 0.75 m on freshly tilled soil. The values of Di, R, Ki and CiII were used to evaluate the performance of the models. The models CiII = e-2.50 SC/100 and CiII = e -2.238 SC/100 showed a good performance in predicting the soil cover effect (CiII).