Payment for Environmental Services and soil conservation practices: a case study on a rural property in the Rio Turvo sub-basin, MG

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5902/1980509885863

Keywords:

Landscape analysis, Environmental modeling, Ecosystem service

Abstract

Payment for Environmental Services (PSA) offers economic incentives for the implementation of conservation practices, rewarding those who maintain ecosystem environmental services. The objective of this work is to indicate conservation practices on a rural property that is suitable for PSA, using the application of the USPED model (Unit Stream Power Erosion and Deposition) and the Genetic Algorithm (GA) metaheuristic to identify potential areas of erosion and sediment deposition. Maps of land use, slope and permanent preservation areas (APP) were generated with data from the Rural Environmental Registry (CAR), the Brazilian Forest Code and the use of the Geographic Information System (GIS). The USPED model was calculated to obtain the net soil erosion/deposition rate. The optimization of vegetation zones was carried out using the Genetic Algorithm (GA) metaheuristic, programmed in Python, obtaining areas that minimize erosion through the location of vegetation zones on the rural property. The results indicate that the implementation of conservation practices such as a direct planting system and the implementation of crop-livestock-forest integration are essential to reduce erosion by up to 60% and improve soil fertility. The land use analysis revealed the need to restore 6.7 ha of APP areas. Adopting these conservation practices and participating in PES programs can significantly reduce erosion and improve soil and water quality in the region.

Downloads

Author Biographies

Luiza Maria Affonso Lopes Silva, Federal Rural University of Rio de Janeiro

Agricultural and Environmental Engineer, MSc. in Agricultural and Environmental Engineering

Rodrigo Nobre Santana, Federal Rural University of Rio de Janeiro

Possui graduação em Engenharia Agrícola e Ambiental pelo Instituto Federal do Norte de Minas Gerais - Campus Januária (2015) e graduação em Tecnologia em Irrigação e Drenagem pelo Instituto Federal do Norte de Minas Gerais - Campus Januária (2009).

Sady Júnior Martins da Costa de Menezes, Federal Rural University of Rio de Janeiro

Graduated in Industrial Informatics from the Federal Technical School of Ouro Preto, now the Federal Institute of Minas Gerais - Ouro Preto Campus (1996). He has a degree in Agricultural and Environmental Engineering from the Federal University of Viçosa (2004), a master's degree in Agricultural Engineering from the Federal University of Viçosa (2006) and a PhD in Forestry Science from the Federal University of Viçosa (2011). Specialist in Occupational Safety Engineering from PUC/MG (2018).

Getúlio Fonseca Domingues, Federal University of Minas Gerais

Graduated in Forest Engineering from the Federal University of Viçosa (2013), Master's and PhD in Forest Science from UFV (2018). He has experience in Forest Engineering and Resources, with an emphasis on Forest Management, Optimization, Environmental Modelling, Numerical Terrain Modelling, Artificial Intelligence, Water Resources and Watershed Management, Remote Sensing and Geographic Information Systems. He has worked as part of the Systems Team at Tubarão Port Engineering in Vitória, developing work in the areas of planning, maintenance master data management, data analysis, process automation and application development. He is currently a professor in the Cartography Department at UFMG.

Carlos Antonio Alvares Soares Ribeiro, Federal University of Viçosa

Graduated in Agricultural Engineering from the Federal University of Viçosa (1981), Master's in Agricultural Engineering from the Federal University of Viçosa (1983), PhD in Forest Science - Colorado State University (1995) and post-doctorate in Watershed Conservation - University of British Columbia (2006). Full Professor in the Department of Forestry Engineering at the Federal University of Viçosa (2014). He is currently a Volunteer Professor in the Postgraduate Program in Forest Science at the Federal University of Viçosa.

Alexandre Rosa dos Santos Rosa, Federal University of Espírito Santo

Titular Professor at UFES and long-term CNPq scholarship holder in Research Productivity - PQ, level 1D (Duration: 01/03/2020 to 28/02/2024 - 48 months). She has a degree in Agronomy from the Federal University of Espírito Santo (1997) and a degree in Languages - Portuguese and English from the University of Franca (UNIFRAN) (2018). Specialization in Portuguese and English Language Teaching Methodology from Candido Mendes University (UCAM) (2016), Master's Degree in Agricultural Meteorology from the Federal University of Viçosa (1999), PhD in Agricultural Engineering from the Federal University of Viçosa (2001) and Post-doctorate in Forestry Sciences from the Federal University of Viçosa (2016). He is currently a full professor at the Federal University of Espírito Santo, working professionally in the Department of Rural Engineering (ERU-UFES) and the Graduate Program in Forestry Sciences at UFES (PPGCF-UFES) and the Graduate Program in Forestry Science at UFV (PPGCF-UFV) as a permanent master's and doctoral professor.

References

AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS (BRASIL) - ANA. Manual Operativo do Programa produtor de Água / Agência Nacional de Águas, Superintendência de Usos Múltiplos. Brasília: ANA, 60 p., 2008.

BERTONI, J.; NETO, F. L. Conservação do solo. 10ª ed. São Paulo: Ícone, 2017.

BORRELLI, P.; ROBINSON, D. A.; PANAGOS, P.; LUGATO, E.; YANG, J. E.; ALEWELL, C.; WUEPPER, D., MONTANARELLA, L.; BALLABIO, C. Land use and climate change impacts on global soil erosion by water (2015-2070). Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 117, p. 21994- 22001, 2020. DOI: 10.1073/pnas.2001403117.

BRASIL. Lei nº 12.651, de 25 de maio de 2012. Dispõe sobre a proteção da vegetação nativa; altera as Leis nºs 6.938, de 31 de agosto de 1981, 9.393, de 19 de dezembro de 1996, e 11.428, de 22 de dezembro de 2006; revoga as Leis nºs 4.771, de 15 de setembro de 1965, e 7.754, de 14 de abril de 1989, e a Medida Provisória nº 2.166-67, de 24 de agosto de 2001; e dá outras providências. Diário Oficial da União, Brasília, DF, 38 p., 2012.

BRASIL. Lei nº 14.119, de 13 de janeiro de 2021. Institui a Política Nacional de Pagamento por Serviços Ambientais; e altera as Leis n° 8.212, de 24 de julho de 1991, 8.629, de 25 de fevereiro de 1993, e 6.015, de 31 de dezembro de 1973, para adequá-las à nova política. Diário Oficial da União, Brasília, DF, v. 1, 10 p., 2021.

COELHO, N. R.; GOMES, A. D. S.; CASSANO, C. R.; PRADO, R. B. Panorama das iniciativas de pagamento por serviços ambientais hídricos no Brasil. Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 26, n. 3, 2021. DOI: 10.1590/S1413-415220190055.

DOMINGUES, G. F. Otimização de zonas de vegetação para minimizar a perda de solos em bacias hidrográficas. 2018. Tese (Doutorado). Universidade Federal de Viçosa. Minas Gerais, 41 p., 2018.

FIDALGO, E. C. C.; PRADO, R. B.; TURETTA, A. P. D.; SCHULER, A. E. Manual para Pagamento por Serviços Ambientais Hídricos: seleção de áreas e monitoramento. Brasília-DF: Embrapa, 84 p., 2017.

FUNDAÇÃO GRUPO BOTICÁRIO DE PROTEÇÃO À NATUREZA (FGBPN), 2011. Project Oasis – Apucarana – Resumo Executivo. Curitiba - Paraná.

FUNDAÇÃO RENOVA. Edital de adesão de produtores rurais aos programas de restauração florestal. 2021 Disponível em: https://www.fundacaorenova.org/wpcontent/uploads/2021/11/edital_2021_programas_restauracao_florestal_permanente.pdf. Acesso em: jan.2023.

GODOI, R. F.; RODRIGUES, D. B.; BORRELLI, P.; OLIVEIRA, P. T. S. High-resolution soil erodibility map of Brazil. Science of The Total Environment, v. 781, p. 146673, 2021.

GOLDBERG, D. E.; HOLLAND, J. H. Genetic Algorithms and Machine Learning. Machine Learning, v. 3, n. 2, p. 95–99, 1988.

HAAN, C. T.; BARFIELD, B. J.; HAYES, J. C. Design hydrology and sedimentology for small catchments. Elsevier, 1994.

HOLLAND, J. H. Genetic algorithms. Scientific American, v. 267, n. 1, p. 66–73, 1992.

IGARAPÉ. Guardião Dos Igarapés: Programa de Produção e Conservação Das Águas. Instrução Normativa SEMA n. 01 de 23 de julho de 2015. Diário oficial – Ano I, n. 353, julho de 2015. Disponível em: https://www.igarape.mg.gov.br/abrir_arquivo.aspx/Diario_Oficial_n_353_2015?cdLocal=2&arquivo={2CC5ABEC-B64C-BE2D-C1AE-ACCCC6BA7DA0}.pdf#search=projeto%20guardi%C3%A3o%20dos%20igarap%C3%A9s. Acesso em: nov. de 2022.

LEPSCH, I.F.; BELLINAZZI JR., R.; BERTOLINI, D.; ESPÍNDOLA, C.R. Manual para levantamento utilitário do meio físico e classificação de terras no sistema de capacidade de uso. 2º ed. Campinas, SP: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 175 p., 1991.

MAPBIOMAS - Coleção Mapbiomas (2021) – Coleção 6. 2021. Disponível em: https://mapbiomas.org/colecoes-mapbiomas-1?cama_set_language=pt-BR. Acesso em: 2 mai. 2022.

MITAS, L.; MITASOVA, H. Distributed soil erosion simulation for effective erosion prevention. Water Resources Research, v. 34, n. 3, p. 505–516, 1998.

MITASOVA, H.; HOFIERKA, J.; ZLOCHA, M.; IVERSON, L.R. Modelling topographic potential for erosion and deposition using GIS. International Journal Geographical Information System, v. 10, n. 5, p. 629-641, 1996.

NAEEM, S.; INGRAM, J.C.; VARGA, A.; AGARDY, T.; BARTEN, P.; BENNETT G.; BLOOMGARDEN E.; BREMER, L. L.; BURKILL, P.; CATTAU, M.; CHING, C.; COLBY, M.; COOK, D. C.; COSTANZA, R.; DECLERCK, F.; FREUND, C.; GARTNER, T.; GOLDMAN-BENNER, R.; GUNDERSON, J.; JARRETT, D.; KINZIG, A. P.; KISS, A.; KOONTZ, A.; KUMAR, P.; LASKY, J. R.; MASOZERA, M.; MEYERS, D.; MILANO, F.; NAUGHTON-TREVES, L.; NICHOLS, E.; OLANDER, L.; OLMSTED, P.; PERGE, E.; PERRINGS, C.; POLASKY, S.; POTENT, J.; PRAGER, C.; QUÉTIER, F.; REDFORD, K.; SATERSON, K.; THOUMI, G.; VARGAS, M. T.; VICKERMAN, S.; WEISSER, W.; WILKIE, D.; WUNDER, S. Get the science right when paying for nature’s services: Few projects adequately address design and evaluation. Science, v. 347, p. 1206-1207, 2015. DOI:10.1126/science.aaa1403.

NASCIMENTO, J. J. de S. Análise da capacidade de uso da terra na bacia hidrográfica do Riacho Chafariz com auxílio de geotecnologias. 2020. Dissertação (Mestrado em Desenvolvimento e Meio Ambiente) – Universidade Federal da Paraíba, Paraíba, p.65, 2020.

OLIVEIRA, A. H.; NETO, G. K.; PEREIRA, S. Y. Estimation of erosion and deposition by Unit Stream Power Erosion and Deposition in a sub-basin on the Mogi Guaçu River’s margins, municipality of Mogi Guaçu, SP, Brazil. Geologia USP. Série Científica, v. 22, n. 1, p. 77-92, 2022.

PERIOTTO, N. A.; TUNDISI, J. G. Uma caracterização de serviços ecossistêmicos, direcionadores e valores de duas bacias hidrográficas no estado de São Paulo, Brasil. Revista Brasileira de Biologia, v. 78, n. 3, p. 397-407, 2018. DOI: 10.1590/1519-6984.166333.

POLIDORO, J. C.; FREITAS, P. L. de; HERNANI, L. C.; ANJOS, L. H. C. Dos; RODRIGUES, R. A. R; CESÁRIO, F. V.; ANDRADE, A. G.; RIBEIRO, J. L. O impacto de planos, políticas, práticas e tecnologias baseadas nos princípios da agricultura de conservação no controle da erosão do solo no Brasil. Autoria, 2020. DOI: 10.22541/au.158750264.42640167.

RENARD, K. G.; FOSTER, G. R.; WEESIES, G. A.; MCCOOL, D. K.; YODER, D. C. Predicting soil erosion by water: a guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). Washington, DC: United States Department of Agriculture, 1997.

SADEGHI, S. H. R.; GHOLAMI, L.; DARVISHAN, A. K.; SAEIDI, P. A review of the application of the MUSLE model worldwide. Hydrological Sciences Journal, v. 59, n. 2, p. 365-375, 2014. DOI: 10.1080/02626667.2013.866239.

SANTANA, R. N. Restauração De Precisão Para Minimizar A Perda De Solos Em Uma Bacia Hidrográfica Em Domínio De Mata Atlântica. Dissertação (Mestrado). Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 44p., 2023.

SANTOS, F. L. D.; SILVANO, R. A. M. Aplicabilidade, potencial e desafios dos Pagamentos por Serviços Ambientais para conservação da água no sul do Brasil. Desenvolvimento e Meio Ambiente, v. 38, p. 481-498, 2016. DOI: 10.5380/dma.v38i0.43640.

SANTOS, H. G.; JACOMINE, P. K. T.; ANJOS, L. H. C.; OLIVEIRA, V. A; LUMBRERAS, J. F.; COELHO, M. R.; ALMEIDA, J. A.; ARAUJO FILHO, J. C.; OLIVEIRA, J. B.; CUNHA, T. J. F. Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. 5º edição, Brasília, DF: Embrapa, 2018.

SCRUCCA, L. G. A. A Package for Genetic Algorithms in R. Journal of Statistical Software, v. 53, n. 4, p. 1–37, 2013. DOI: 10.18637/jss.v053.i04.

SCHNEIDER, C. R.; ANGELO, D. H.; ANGELO, A. C.; BEHLING, A.; RÍOS, R. C.; BLUM, C. T. Espécies, práticas silviculturais e monitoramento: estratégias para restauração ecológica de áreas protegidas da Mata Atlântica. Ciência Florestal, v. 33, p. e74057, 2023.

SILVA, L. M. A. L. Práticas Conservacionistas Do Solo E Pagamento Por Serviços Ambientais Em Uma Bacia Hidrográfica Em Domínio De Mata Atlântica. 2023. Dissertação (Mestrado). Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 54p., 2023.

SIMEDO, M. B. L.; PISSARRA, T. C. T.; MARTINS, A. L. M.; LOPES, M. C.; COSTA, R.C. A.; ZANATA, M.; PACHECO; FERNANDES, L. F. S. The Assessment of Hydrological Availability and the Payment for Ecosystem Services: A Pilot Study in a Brazilian Headwater Catchment. Water, v. 12, n. 10, 2020. DOI: 10.3390/w12102726.

VAN DER WALT, S.; COLBERT, S. C.; VAROQUAUX, G. The NumPy array: A structure for efficient numerical computation. Computing in Science and Engineering, v. 13, n. 2, p. 22–30, 2011. DOI: 10.1109/MCSE.2011.37.

WILLIAMS, J. R. Sediment-yield prediction with universal equation using runoff energy factor. In: U.S. Department of Agriculture, organizer. Present and prospective technology for predicting sediment yield and sources. Washington, DC: U.S. Department of Agriculture, v. 40. p. 244-252, 1975.

WISCHMEIER, W. H.; SMITH, D. D. Predicting Rainfall-Erosion Losses From Cropland east of the Rocky Mountains: Guide for Selection of Practices for Soil and Water Conservation. Washington DC: Agricultural Research Service, US Department of Agriculture, 1965.

WISCHMEIER, W. H.; SMITH, D. D. Predicting rainfall erosion losses. USDA agricultural research services handbook, v. 537, p. 285-291, 1978.

ZANETTI, S. S.; SCÁRDUA, M. D. S.; CECÍLIO, R. A. C. R. A.; ROSA, A. R. D. S. A.; AURÉLIO, M. A. C. C. M.; CAIADO, C. Avaliação De Modelos Digitais De Elevação Para Análise Espacial De Bacias Hidrográficas: Avaliação Modelo Digital De Terreno. Cadernos de Geociências, v. 15, 2022.

A capa traz as imagens de recuperação das margens do Rio Pardinho, RS.

Downloads

Published

2025-03-28

How to Cite

Silva, L. M. A. L., Santana, R. N., Menezes, S. J. M. da C. de, Domingues, G. F., Ribeiro, C. A. A. S., & Rosa, A. R. dos S. (2025). Payment for Environmental Services and soil conservation practices: a case study on a rural property in the Rio Turvo sub-basin, MG. Ciência Florestal, 35, e85863. https://doi.org/10.5902/1980509885863

Issue

v. 35 (2025): Publicação Contínua

Section

Articles

License

Copyright (c) 2024 Ciência Florestal

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

A revista CIÊNCIA FLORESTAL reserva-se o direito de realizar, nos originais, alterações de ordens normativas, ortográficas e gramaticais, com vistas a manter o padrão escolar da língua, mas respeitando o estilo dos autores. As provas finais podem ou não ser enviadas aos autores.

Most read articles by the same author(s)