Ecohidrologia Laura S. Borma

3o Workshop do CCST

Transversalidade

S.J. Campos – 10 a 12/04/2017

Ecohidrologia

May mean different thinks to different people

Relação entre biota e água em uma via de duas mãos: papel dos ecossistemas na regulação hídrica e vice-

versa, papel do ciclo hidrológico na manutenção dos ecossistemas

Segurança hídrica de ecossistemas

Manutenção, recuperação, restauração de serviços ecossistêmicos

Quantidade e qualidade da água

Ecohidrologia em bacias hidrográficas

• Duas grandes ‘vertentes’:

– Ecohidrologia de sistemas aquáticos – corpos hídricos (rios, canais e áreas úmidas) e áreas de

transição entre os ecossistemas terrestres e aquáticos (áreas ripárias)

• Entendimento de processos mais relacionados ao papel dos ecossistemas na manutenção (recuperação) da qualidade da água

– fundamentos de limnologia para aplicação em áreas antropizadas – Papel da zona de interface entre os ecossistemas terrestres e aquáticos na purificação da água (retenção de sedimentos,

nutrientes em excesso e contaminantes)

– Ecohidrologia de sistemas terrestres – vegetação ‘upland’ (encostas e topos de morros)

• Entendimento de processos mais relacionados ao papel dos ecossistemas na manutenção (recuperação) da quantidade da água

– Fluxo da água no contínuo solo-planta-atmosfera incluindo zona vadosa e água subterrânea papel da vegetação na formação de chuva, escoamento superficial e fluxo de base de um rio

– Resposta das plantas às variações climáticas sazonais e/ou extremas (secas, cheias, alagamentos)

– Resposta hidrológica (chuva, vazão, recarga de aquiferos) de atividades antrópicas (desflorestamento, revegetação, agricultura convencional, sistemas agroflorestais, etc.)

Ecohidrologia em bacias hidrográficas

Floresta? Reserva legal? Atividades antrópicas?

Área de manutenção da qualidade

da água

Zona ripária

Área de produção

hídrica (manutenção

da quantidade de água)

Fluxo de base

Chuva

Encostas e topos de morros Biomas e

ecossistemas específicos

Encostas e topos de morros

Ecoh CCST

Pesquisas em andamento

• Amazônia (Manaus, Rondônia) o Qual é o papel da floresta na variabilidade espacial e temporal das chuvas na Amazônia?

o Quais as estratégias solo-planta-atmosfera em diferentes regiões da Amazonia brasileira para lidar com as secas sazonais e extremas?

o 4a revolução industrial? Innovative high-value products and services? o Projeto: Go Amazon – FAPESP/DOE (2014-2017). Coord. Laura Borma

o Instituições: INPE/UNICAMP/USP/Univ Brown/Carnegie

o Metodologia: medidas in situ, análises de laboratório, sensoriamento remoto e modelagem (CLM)

o Alunos/bolsistas envolvidos:

– Ranieli Muller (PGSR) – resposta da floresta

– Letícia Fonseca (PGSR) - solos

– Rennan Paloschi (PGSR) – evapotranspiração

– Duarte Costa (PCI) - ecofisiologia

– Priscila Vega (PIBIC) - ecofisiologia

• Área sazonalmente alagável (Bananal, Tocantins) o Qual é a resposta da vegetação ao alagamento sazonal prolongado (3-4 meses)?

o Qual é a influência do tipo de solo nessa resposta? o Projeto: Go Amazon – FAPESP/DOE (2014-2017). Coord. Laura Borma

o Metodologia: medidas in situ, análises de laboratório, sensoriamento remoto

o Alunos envolvidos:

– Iane Brito Tavares – resposta da floresta

– Letícia Fonseca – solos e SR

– Duarte Costa (PCI) - ecofisiologia

Pesquisas em andamento

• Nordeste – semi-árido brasileiro o Estudo do funcionamento solo-planta-atmosfera em regiões semi-áridas

o Projeto FAPESP/NERC (2014-2017). Coord. Jon Lloyd

o Instituições: INPE/USP/Univ Leeds/Imperial College e diversas instituições do Nordeste

o Metodologia: medidas in situ, sensoriamento remoto e modelagem SVAT

o Alunos/bolsistas envolvidos:

– Rennan Paloschi (PGSR) – evapotranspiração

– Rodrigo Matos (Pos-Doc) - umidade do solo

– Karinne Reis (D.Sc. CCST/INPE) – ciclo hidrológico e ciclagem de nutrientes

• Mata Atlântica o Modelagem hidrológica (SWAT)

o Fernanda Arguelo (D.Sc. INPE)

o Estudo do funcionamento solo-planta-atmosfera em áreas de revegetação o Implantação do Laboratório de Ecohidrologia e Estação Experimental Solo-Planta-Atmosfera (EESPA)

o Metodologia: medidas in situ, ensaios de laboratório, sensoriamento remoto e modelagem SVAT

o Projeto FINEP (2017-2021). Coord. Laura Borma

o Pesquisadores envolvidos:

o Cristina Forti, Plínio Alvalá, Camilo Rennó, Manoel Cardoso

o Aluno envolvido:

– Rennan Paloschi – evapotranspiração

o Bolsista envolvido:

o Rodrigo Matos (Pos-Doc) - umidade do solo

o Silvia Polizel (PCI – Rede Clima) – SR e implantação da área experimental

o Betina Guedes (PIBIC) – umidade do solo

Pesquisas em andamento • Mata Atlântica – emissão de gases e particulados

• Estudo do potencial de queima e emissão de gases das turfas que ocorrem às margens do rio Paraíba do Sul (banhado) – influência da umidade do solo

o Projeto FAPESP (2016-2018). Coord. Carlos Guenther – USP

o Metodologia: medidas in situ, ensaios de laboratório e modelagem do potencial de queima

o Pesquisadores envolvidos:

o Cristina Forti, Plínio Alvalá, Manoel Cardoso o Bolsista envolvido:

o Rodrigo Matos (Pos-Doc)

• Sensoriamento Remoto x medidas in situ o Umidade do solo por sensoriamento remoto – espaço NDVI – LST – método do triângulo

o Metodologia: sensoriamento remoto validado com medidas in situ

o Alunos envolvidos:

– Omar Felipe Saaveedra - Bananal – Tássia Alves Costa – semi árido

o Avaliação do processo de degradação na Caatinga a partir de análise de resiliência e multi-escala o A ser submetido para a FAPESP – Coord. Gustavo Arcoverde

o Metodologia: medidas in situ e sensoriamento remoto

Principais metodologias

Pesquisas in situ • Umidade do solo (diversos sensores, diversas

localidades, diferentes profundidades) • Profundidade do lençol freático • Dendrometria • Fluxo de seiva

Caracterização física do solo (textura, porosidade, retenção de umidade) Características das plantas (potencial hídrico, PMP) Caracterização química do solo (ions maiores, íons menores, CTC, TMO) Caracterização de ambientes degradados Técnicas isótopicas 18O e 2H

Laboratório

Sensoriamento remoto Umidade do solo EVI’s LST Fluorescência

Modelagem

SVAT & outros modelos aplicados à Ecohidrologia

Laboratório de Ecohidrologia -

LapBio

Perguntas científicas

• Qual é a resposta da vegetação ao estresse hídrico – por falta e/ou por excesso de água?

• Quais são as fontes potenciais de água para as plantas? Como ocorre a variabilidade espacial e sazonal?

• Existe relação entre as características da planta e estratégias para competição por água?

• Qual é o papel das propriedades do solo e profundidade do lençol freático no armazenamento e posterior liberação de água para as plantas?

• Como a hidrologia controla os ciclos de nutrientes no solo?

• Como os novos modos de produção (permacultura, agroecologia, sistemas agroflorestais) e recuperação de áreas degradadas podem ser planejados?

• Como essas características podem ser vistas a partir de ferramentas de SR?

• Como essas características podem ser incorporadas nos modelos de funcionamento do sistema terrestre?

O reservatório de água do solo que atende às

demandas evapotranspirativas é o

mesmo reservatório que alimenta as reservas

hídricas?

TWW hypothesis

A Ecohidrologia e o CCST

• Como vc enquadra suas ações no CCST em um horizonte de 10 anos?

• Como sua atividade individual se transforma em transversal? Daquilo que eu faço, o que se integra ao CCST?

• Qual a expectativa de atuação do CCST? Foco: efeito da ação antrópica no meio

• Como o CCST pode alcançar a sua autonomia em Ciência do Sistema Terrestre?

• Qual deve ser a política de divulgação do CCST?

Observation data - OVERVIEW ATMOSPHERE: Tower data: meteorological data and flux data - continuous measurements Isotopes: rainfall and throughfall – continuous measurements

PLANT: Dendrometers – continuous measurements Hydraulic traits – field campaigns - Stem and wood density - P50 (water potential when plant loses 50% hydraulic

conductivity) - Pressure-volume curves: turgor lost point, osmotic potential

at full turgor, elasticity modus and leaf water capacitance - Leaf and xylem potential at midday - Remote sensing data (SIF, EVI, LST, etc.) Isotopes – field campaigns

WATER: River and groundwater level depth – continuous measurements Isotopes - (soil water, river water, groundwater) – field campaigns

SOIL: Texture – field campaings Soil-Water retention curve – field campaigns Soil moisture – continuous measurements Isotopes – field campaigns

Áreas de estudo

Novo Código Florestal

Limite da Reserva Legal poderia cair a 50% em estados que tenham 65% de áreas protegidas e/ou terras indígenas.

Alguma pesquisa científica foi utilizada na proposição/validação e/ou veto desse ponto?

Recomposição generalizada de todas as matas ripárias seria a solução para o problema?

Função real das matas ripárias, áreas de encosta e topos de morro – depende do bioma e do ecossistema em questão

Qualidade x quantidade de água

Desmatamento em APP? Permacultura/sintropia seriam opções viáveis?

Áreas de mangue e restinga, uma vez degradadas, poderiam ser urbanizadas

Seria viável a urbanização do banhado em SJC? Quais os reais impactos?

Recuperar 15 ou 100m? Qual é a diferença?

Laura Borma

The future we want (Rio + 20)

Sustainability as a strategic goal for humanity on 21st century

Harmonization of social needs with the biosphere potential – focused on human beings as a central reference point

Challenge: increasing demand for declining ecosystem services amplified by the decline of the biosphere potential, due to habitat degradation, emission of pollutants and even more importantly, a

degradation of ecological cycles – water, carbon, nitrogen and phosphorus

Ecohydrology fundamental assumption: enhancement of ecosystem potential of human modified novel ecosystem as an

essential condition for sustainability

panta rei – tudo muda

New challenges and dimensions of Ecohydrology – enhancement of catchments sustainability potential (Ecohydrology & Hydrobiology, 2016)

Laura Borma

Obrigada!