A critical evaluation of soil erosion models: case studies from Southeast Brazil

Abstract

Modelos de erosão do solo são ferramentas potencialmente úteis. Tais modelos descrevem onde e quando ocorrem o desprendimento, transporte e deposição de partículas do solo, e com qual magnitude. Modelos podem também identificar locais propensos à erosão enquanto descrevem matematicamente uma interação complexa de processos não-estacionários. Porém, até que ponto é possível confiar na capacidade de modelos de erosão do solo em cumprir seu potencial e como estabelecemos tal confiança? Como qualquer modelo representativo de fenômenos do mundo real, modelos de erosão precisam ser testados contra evidências empíricas para que sua capacidade preditiva seja avaliada. Porém, avaliar modelos de erosão é uma tarefa complicada devido às incertezas associadas à estimativa de parâmetros e a medição de respostas dos sistemas. Dessa forma, no primeiro artigo dessa tese foram abordados alguns dos problemas teóricos e práticos relativos à avaliação de modelos de erosão do solo. Além disso, uma análise cientométrica foi utilizada para investigar como a avaliação de modelos tem sido abordada por pesquisadores. Uma meta-análise sobre a exatidão preditiva de modelos de erosão foi realizada para identificar os mecanismos que influenciam o seu desempenho. Neste artigo também foi realizada uma revisão sobre a avaliação de modelos em diferentes escalas espaços -temporais, com foco nos métodos e fontes de dados usados para o teste de modelos de erosão. Foi demonstrado como a avaliação de modelos é um tópico negligenciado na pesquisa de erosão do solo e como a calibração de parâmetros é o principal mecanismo responsável pelo aumento da exatidão preditiva. Finalmente, foram discutidos aspectos filosóficos sobre o teste de hipóteses em modelos nas ciências naturais, refutando-se a noção de que modelos de erosão podem ser validados e salientando-se a necessidade de múltiplas linhas de evidência para avaliar a utilidade, consistência e a adequação à finalidade desses modelos. No segundo artigo da tese, foi realizada uma investigação metodológica sobre o uso de técnicas de rastreamento como ferramentas para modelagem da proveniência de sedimentos em grandes bacias hidrográficas. Avaliaram-se também como processos pedogenéticos podem levar à expressão de sinais geoquímicos utilizados no rastreamento de sedimentos, e como essa expressão é influenciada pelo tamanho de partículas. Argumentou-se que a compreensão dos processos controlando o desenvolvimento de sinais de fontes pode facilitar a escolha de traçadores geoquímicos. Para demonstrar esta suposição, uma abordagem processual para escolha de traçadores e delimitação de fontes de sedimentos foi testada contra misturas artificiais, em diferentes frações texturais de sedimentos. No terceiro artigo da tese, alguns dos métodos desenvolvidos no artigo anterior foram usados para criar uma estrutura para avaliar modelos de erosão a partir de técnicas de rastreamento de sedimentos. Uma metodologia de estimativa de incertezas foi aplicada em um modelo espacial de erosão e entrega de sedimentos em uma grande bacia hidrográfica (~6000 km 2) localizada no sudeste do Brasil. A utilidade do modelo para identificar as principais fontes de sedimentos na bacia foi avaliada comparando-se as predições do modelo contra os resultados obtidos por meio do rastreamento geoquímico de sedimentos. Dentro de uma perspectiva falsificacionista, o modelo não pode ser rejeitado, uma vez que várias realizações geraram respostas quantitativas aceitáveis da produção total de sedimentos na bacia. Ademais, uma concordância parcial entre as predições do modelo e os resultados do rastreamento geoquímico corroborou condicionalmente a capacidade do modelo em simular a dinâmica hidrossedimentológica na bacia – ao menos com certo grau de agregação espacial. Porém, as estimativas espacialmente contínuas de perdas de solo e entrega de sedimentos foram altamente incertas, o que gerou um questionamento quanto à utilidade do modelo para quantificar espacialmente o transporte de sedimentos na bacia. Apesar de estes resultados serem específicos ao estudo de caso, níveis de incerteza semelhantes podem ser esperados em modelos de erosão aplicados em outras situações. De forma geral, esta tese demonstrou como a incerteza permeia todos os aspectos da modelagem da erosão e das próprias coisas que consideramos dados observacionais. Qualquer “validação” determinística de modelos de erosão do solo deve, portanto, ser peremptoriamente refutada. Ademais, analistas e cientistas devem ser responsabilizados por traduzir a incerteza associada a estes modelos para usuários finais.