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Revista de Ciências Agrárias

versão impressa ISSN 0871-018X

Rev. de Ciências Agrárias v.33 n.1 Lisboa jan. 2010

 

Aplicação dos modelos PESERA e MEDALUS para avaliação dos riscos de erosão do solo e de desertificação da bacia hidrográfica do Vale do Gaio

 

M. C. Gonçalves1, T. B. Ramos1, J. C. Martins1 & C. Kosmas2

 1 Instituto Nacional de Recursos Biológicos, L-INIA, Unidade de Ambiente e Recursos naturais (ex. Esta­ção Agronómica Nacional), Av. República, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal; maria.goncalves@inrb.pt;

2Agricultural University of Athens, Laboratory of Soils and Agricultural Che­mistry, Iera Odos 75, Athens 11855, Greece

 

RESUMO

Neste trabalho testaram-se duas metodo­logias de avaliação dos riscos de erosão do solo e de desertificação na bacia hidrográfi­ca de Vale do Gaio (513 km2), localizada no Alentejo. Os solos dominantes na bacia são os Cambissolos, Luvissolos e Regossolos. Os sistemas de Montado de Azinho e Sobro e os sistemas agrícolas de sequeiro domi­nam, por sua vez, a ocupação dos solos. O risco de erosão foi avaliado por estimativas das perdas do solo por erosão hídrica, atra­vés do modelo PESERA. As áreas em risco de desertificação foram determinadas com base na metodologia MEDALUS. As três classes mais representativas de perdas do solo por erosão hídrica, com base nos dados meteorológicos de 2001-2006, foram: <0,5 t/ha/ano em 32,1% da área; 5-10 t/ha/ano em 23,3% da área; e 10-20 t/ha/ano em 16,9% da área. Quanto ao risco de desertifi­cação, considerando o mesmo período de tempo, a área da bacia foi assim classifica­da: 1,8% como não ameaçada; 3,9% como potencial; 68,4% como frágil; e 25,9% como crítica à desertificação.

Palavras-Chave: Erosão hídrica, Desertifi­cação, PESERA, MEDALUS

 

Use of PESERA and MEDALUS models to assess soil erosion risks and land desertification in Vale do Gaio watershed

ABSTRACT

In this study two methodologies were tested to assess soil erosion and land deserti­fication risks in Vale do Gaio watershed (513 km2), located in the Alentejo region. Cambisols, Luvisols, and Regosols are the dominant soils in the watershed. Oak tree Mediterranean woodland, Agricultural crops and pastures are the major land uses. Soil erosion risks were assessed by estimating soil loss by water erosion with the PESERA model. Land area at risk of desertification was determined based on the MEDALUS methodology. Based on meteorological data from the period 2001-2006, the three most representative classes of soil loss by water erosion were: <0.5 t/ha/year in 32.1% of the area; 5-10 t/ha/year in 23.3% of the area; and 10-20 t/ha/year in 16.9% of the area. Considering the same time period, the land area at risk of desertification was classified: 1.8% as none threatened; 3.9% as potential; 68.4% as fragile; and 25.9% as critical to desertification.

Key-words: Water erosion, Land desertifi­cation, PESERA, MEDALUS

 

INTRODUÇÃO

As ameaças a que os solos europeus podem estar sujeitos, identificadas na “Soil Communication” COM (2002) 179 e no documento “Thematic Strategy for Soil Pro­tection” COM (2006) 231, são a erosão, declínio da matéria orgânica, contaminação, compactação, impermeabilização, declínio da biodiversidade, salinização, cheias e des­lizamentos de terras. Huber et al. (2007) seleccionaram um conjunto de metodolo­gias e indicadores quantitativos, definindo limites toleráveis para cada uma daquelas ameaças, com excepção das cheias e inclu­são da desertificação resultante da combina­ção de algumas daquelas ameaças em con­dições climáticas áridas ou subáridas.

No sul de Portugal, uma região onde o equilíbrio entre o meio natural e a actividade humana é bastante sensível, a erosão hídrica e a desertificação merecem particular aten­ção. A erosão do solo é considerada uma ameaça quando a sua taxa é superior à taxa de formação do solo, e é acelerada, devido à actividade humana, podendo conduzir à deterioração/perda de uma ou mais funções do solo. Vários estudos apontam taxas médias de erosão dos solos europeus entre as 10 e as 20 t/ha/ano. Contudo, Huber et al. (2007) definiram como toleráveis, as perdas de solo de apenas 1 a 2 t/ha/ano. A medição da taxa de erosão do solo é sempre limitada a um número restrito de locais que incluem zonas de risco moderado a alto e representa­tivos de zonas agro-ecológicas. A taxa de erosão do solo varia muito no tempo e no espaço, o que dificulta o escalonamento desses resultados para áreas maiores e depende da extrapolação dos dados para zonas onde as medições não foram realiza­das. A erosão do solo pode alternativamente ser estimada através de outras ferramentas, nomeadamente, de modelos de erosão. Os mais comuns baseiam-se na Equação Uni­versal da Perda de Solo – USLE (Wisch­meier & Smith, 1978) ou na Equação Uni­versal da Perda de Solo Revista – RUSLE (Renard et al., 1997). Mais recentemente, Kirkby et al. (2004) desenvolveram o modelo Pan-European Soil Erosion Risk Assessment (PESERA) que estima a perda de sedimento a partir do escoamento de água. Huber et al. (2007) seleccionaram este modelo como um dos métodos mais apro­priados para estimar o risco de erosão hídri­ca do solo por permitir comparar resultados entre as regiões da Europa.

A desertificação, por sua vez, está direc­tamente associada à degradação do solo, água, vegetação e outros recursos. Corres­ponde à degradação da terra, nas zonas ári­das, semi-áridas e sub-húmidas secas, em resultado da influência de vários factores, incluindo as variações climáticas e as acti­vidades humanas (UNCCD, artigo 1, 1994). A desertificação está portanto directamente associada à erosão do solo, mas também ao declínio da matéria orgânica, salinização do solo e declínio da biodiversidade. Vários programas têm sido orientados visando a definição de áreas ambientalmente sensíveis à desertificação. Destacamos a metodologia MEDALUS (Kosmas et al., 1999), testada em regiões da Grécia, Itália, Espanha e Por­tugal e o programa DISMED que permitiu elaborar uma carta da susceptibilidade à desertificação em Portugal (Rosário, 2004).

Huber et al. (2007) seleccionaram a meto­dologia MEDALUS como apropriada para comparar as áreas em risco de desertificação ao nível das diferentes regiões da Europa, sendo o indicador dado em termos de área ambientalmente sensível à desertificação.

Este trabalho teve como objectivo testar as metodologias e indicadores definidos por Huber et al. (2007) para os riscos de erosão e desertificação na bacia hidrográfica do Vale do Gaio (Alentejo). Para o risco de perda do solo por erosão hídrica foi definido o modelo PESERA (Kirkby et al. 2004). Para as áreas em risco de desertificação foi selecionada a metodologia MEDALUS (Kosmas et al., 1999).

 

MATERIAL E MÉTODOS

O modelo PESERA (Pan-European Soil Erosion Risk Assessment)

O modelo PESERA (Pan-European Soil Erosion Risk Assessment), desenvolvido por Kirkby et al. (2004), é um modelo que per-mite estimar as perdas de solo por erosão hídrica (t/ha/ano) com maior ou menor deta­lhe conforme o grau de precisão da infor­mação introduzida. O modelo baseia-se na partição dos valores de precipitação nas componentes resultantes: escorrimento superficial; evapotranspiração e variações do armazenamento de água no solo. A transpiração é usada para criar um cresci­mento genérico das plantas em função do uso do solo, numa base mensal. A decom­posição da matéria orgânica é modelada principalmente a partir dos dados da tempe­ratura e tem também em consideração o teor de humidade, tipo de cobertura e uso do solo. O limite da infiltração a partir do qual ocorre escorrimento superficial depende do coberto vegetal, do teor em matéria orgânica e propriedades do solo, variando ao longo dos anos. A distribuição da precipitação diá­ria é ajustada, para cada mês, a uma distri­buição Gama, a partir da qual se estima o escorrimento superficial e o transporte de sedimentos (proporcional à soma do qua­drado do escorrimento). A erosão total é por fim calculada a partir da erodibilidade do solo, derivada das propriedades do solo, do quadrado do escoamento superficial, e do declive do terreno. A erosão total é calcula­da na base da vertente de modo a estimar a perda de solo que consequentemente irá ser arrastada para as linhas de água. No Quadro 1 apresenta-se a informação mínima neces­sária para correr o modelo PESERA.

 

Quadro 1 – Dados de entrada para o modelo PESERA (Irvine & Kosmas, 2003).

 

A metodologia MEDALUS (Mediterra­nean Desertification and Land Use)

A metodologia MEDALUS (Mediterra­nean Desertification and Land Use), desen­volvida por Kosmas et al. (1999), permite estimar as áreas ambientalmente sensíveis à desertificação (ESAs), em km2 ou %, a par­tir de uma análise multifactorial dos índices de qualidade do solo (SQI), do clima (CQI), da vegetação (VQI) e de utilização do solo (MQI). Esses índices são calculados a partir de diversos parâmetros, que são divididos em classes distintas consoante a sua maior ou menor capacidade de protecção do solo. Os índices são calculados a partir das seguintes expressões:

SQI = (textura × rocha mãe × fragmentos rochosos × profundidade × declive × drena­gem)1/6          (1)

CQI = (precipitação × índice de aridez × orientação da vertente)1/3                                                  (2)

VQI = (risco de fogo × protecção contra erosão × resistência à seca × cobertura vege­tal)1/4             (3)

MQI = (intensidade uso do solo × políticas de protecção)1/2                                                             (4)

onde as diferentes classes do SQI variam entre <1,13, 1,13-1,45, e >1,46, correspon­dendo a solos de alta, moderada e baixa qualidade, respectivamente. As classes do CQI variam entre <1,15, 1,15-1,81, e >1,81, correspondendo a climas de alta, moderada e baixa qualidade, respectivamente. As clas­ses do VQI variam entre 1-1,6, 1,7-3,7, e 3,8-16, correspondendo a vegetação de alta, moderada e baixa qualidade, respectivamen­te. As classes do MQI variam entre 1-1,25, 1,26-1,5, e >1,51, correspondendo a uma gestão do solo de alta, moderada e baixa qualidade, respectivamente.

As áreas ambientalmente sensíveis à desertificação (ESAs) são depois calculadas a partir da seguinte equação:

ESAI = (SQI × CQI × VQI × MQI)1/4                                                             (5)

As ESAs são, no final, divididas em zonas Críticas à desertificação C3 (>1,53), C2 (1,42-1,53) e C1 (1,38-1,41), Frágeis F3 (1,33-1,37), F2 (1,27-1,32) e F1 (1,23-1,26), Potenciais P (1,17-1,22) e Não Ameaçadas N (<1,17) pela desertificação. As áreas Crí­ticas à desertificação (C3, C2 e C1) corres­pondem a áreas já bastante degradadas devido a uma incorrecta utilização no pas­sado, constituindo uma ameaça para o ambiente das áreas envolventes. As áreas Frágeis à desertificação (F3, F2 e F1) cor­respondem a áreas onde qualquer alteração no delicado equilíbrio entre o meio natural e as actividades humanas pode conduzir o ecossistema no sentido da desertificação. As áreas Potenciais (P) correspondem a áreas ameaçadas pela desertificação em face de uma significativa alteração climática, se uma particular combinação de usos do solo for implementada e onde impactos externos podem produzir graves problemas. Esta situação inclui também as terras que são. As áreas não afectadas pela desertificação (N) correspondem a áreas com solos profundos ou muito profundos, quase planos, bem dre­nados, com textura grosseira ou mais fina, sob condições climáticas semi-áridas ou mais húmidas, independentemente do coberto vegetal.

A bacia hidrográfica do Vale do Gaio

A bacia hidrográfica do Vale do Gaio (Figura 1), com cerca de 513 km2, está loca­lizada na região do Alentejo, inserindo-se na bacia do Sado. O relevo da bacia é suave­mente ondulado, típico da peneplanície alentejana, apresentando declives inferiores a 6% em 96% da área. A altitude da zona varia entre os 39 e os 418 m. A altitude, o declive e exposição das vertentes da bacia hidrográfica foram definidos através de um modelo digital do terreno com uma malha de 250 × 250 m.

 

Figura 1 – Localização da bacia hidrográfica de Vale do Gaio.

 

Os grupos de solos de referência domi­nantes na bacia de Vale do Gaio são os Cambissolos e Luvissolos (FAO, 2006). Existem também Regossolos, Fluvissolos, Vertissolos e Leptossolos mas em menor percentagem. A identificação dos solos foi feita com base nas cartas de solo 1:25000. Como essas cartas descrevem apenas as unidades cartográficas e não têm uma base de dados analítica associada, os solos foram caracterizados com base na informação existente para perfis representativos destes solos (Serviço de Reconhecimento e de Ordenamento Agrário, 1973; Ramos et al., 2007), de modo a satisfazer os requisitos necessários para aplicar as metodologias de Kirkby et al. (2004) e Kosmas et al. (1999). Com base nesta informação: (i) os solos em 13% da área foram caracterizados como pouco profundos (15-30 cm), 48% com solos com profundidade moderada (30-75 cm) e 36% como tendo solos profundos; (ii) A textura à superfície foi classificada como grosseira em 79% da área; (iii) a capacidade de água utilizável apresentou níveis baixos (<50 mm) em 10 % da área, médios (50-100 mm) em 39% da área, altos (100-150 mm) em 37% da área e muito altos (>150 mm) em 14% da área; (iv) Os Luvissolos foram considerados como tendo problemas de dre­nagem. A drenagem foi ainda definida com base na informação das fases mal drenadas, existente nas cartas de solo (1:25000); (v) A pedregosidade foi também definida com base nas cartas de solo, em função da informação sobre pedregosidade e aflora­mentos rochosos.

O material originário foi definido a partir da carta geológica (1:50000) dos Serviços Geológicos de Portugal. O material domi­nante é o granito, existindo também em menor percentagem, xistos, arenitos e mate­riais não consolidados.

O uso do solo foi definido com base na carta Corine Land Cover 2001. O sistema de montado e os sistemas agrícolas de sequeiro são os principais usos do solo. O sistema de Montado, composto por sobreiros (Quercus suber) e azinheiras (Quercus rotundifolia), ocupam cerca de 34% da área da bacia, localizando-se principalmente nas zonas Oeste e Sudeste. Os sistemas agrícolas de sequeiro, podendo estar associados ao sis­tema de montado, ocupam cerca de 48% da área, localizando-se nas zonas mais central e Nordeste da bacia hidrográfica. Dentro da área da bacia localizam-se também as áreas urbanas de Évora e de Viana do Alentejo. Podem-se ainda encontrar algumas áreas de regadio, mas com pouca expressão.

Os dados meteorológicos, dado o reduzi­do tamanho da bacia hidrográfica, foram extraídos unicamente da estação meteoroló­gica de Vale do Gaio (38,25 ºN; -8,29 ºW, WGS84) da rede do Instituto Nacional daÁgua (snirh.pt). O clima pode ser classifica­do como Csa (Köppen) ou C2B’2s2a’ (Thornthwaite). Os dados da precipitação diária e mensal e da temperatura média mensal referem-se ao período 1979-2006. A evapotranspiração de referência mensal foi calculada para o período de 2001-2006. O índice de aridez de Bagnouls-Gaussen para a região é de 132.

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Estimativa da perda do solo por erosão hídrica

A estimativa da perda do solo por erosão hídrica para a bacia de Vale do Gaio é apresentada na Figura 2. A respectiva per­centagem de área de cada classe de risco de erosão hídrica é indicada no Quadro 2.

 

Figura 2 – Estimativa da perda de solo com o modelo PESERA para a bacia de Vale do Gaio.

 

Quadro 2 – Classes de perda de solo do modelo PESERA para a bacia de Vale do Gaio.

 

Segundo o modelo PESERA, 32,1% da área apresenta um risco de erosão hídrica <0,5 t/ha/ano. Estas áreas estão localizadas essencialmente, nas zonas Oeste e Sudeste da bacia hidrográfica, correspondendo às áreas onde o solo é ocupado por Montado de sobro e azinho, mesmo apesar de algu­mas dessas áreas apresentarem declives relativamente mais acentuados. O sistema de Montado, apesar de poder ser sujeito a agricultura e pastoreio extensivos sob as copas das árvores, é reconhecidamente um sistema que confere grande protecção ao solo contra a erosão, uma vez que o solo encontra-se coberto com vegetação na maior parte do ano. As áreas que apresen­tam maior risco de erosão localizam-se sobretudo na zona central e nordeste da bacia, correspondendo às zonas de agricul­tura mais intensiva, quer de sequeiro, quer de regadio. As classes de risco de erosão hídrica dominantes são as perdas entre 5­10 e 10-20 t/ha/ano, correspondendo a 23,3 e 16,9%, respectivamente. As mobilizações do solo para a instalação das culturas de Inverno, geralmente concordantes com o início das chuvas, originando maiores arrastamentos de solo com o escorrimento superficial das águas de chuva, ajudam a explicar os maiores valores de perda de solo estimados com o modelo PESERA para estas áreas. É de referir ainda que 60% da área da bacia de Vale do Gaio apresenta estimativas de risco de erosão hídrica acima das 2 t/ha/ano, definido por Huber et al. (2007), como limite tolerável para a erosão do solo.

 

Áreas ambientalmente sensíveis à Deser­tificação

Na Figura 3 apresentam-se os índices de qualidade do solo (SQI), clima (CQI), vege­tação (VQI) e utilização do solo (MQI). De acordo com a metodologia MEDALUS, o SQI indica solos de qualidade moderada e alta, em 82,4 e 16,7% da área, respectiva­mente. Em função do CQI, o clima é classi­ficado como de qualidade moderada em 74% da área, e de qualidade baixa quando a vertente apresenta uma exposição Sul (25,9%). A vegetação existente é caracteri­zada (VQI) como sendo de boa qualidade em 89% da área, uma vez que plantas como os sobreiros e azinheiras são resistentes à seca e ao fogo, estão dispersas pela paisa-gem e conferem um elevado grau de protec­ção ao solo contra a erosão. Na restante área, a vegetação foi caracterizada como de moderada qualidade. Quanto à utilização do solo (MQI), 81,4% da área da bacia é repre­sentada como de qualidade moderada, sen­do 18,6% considerada de mau uso, atenden­do ao declive desses locais.

 

Figura 3Mapas dos índices de qualidade do solo (SQI), clima (CQI), vegetação (VQI) e utilização do solo (MQI).

 

Na Figura 4 apresentam-se as áreas ambientalmente sensíveis à desertificação, de acordo com a metodologia MEDALUS. No Quadro 3 apresentam-se as percentagens correspondentes a cada uma dessas áreas. As áreas Críticas à desertificação (C1, C2 e C3) ocupam cerca de 26% da área total da bacia. Estas áreas estão localizadas essen­cialmente, nas vertentes expostas a Sul, mas também em áreas a Sul e Nordeste da bacia, definidas com um uso do solo mais intensi­vo. É certo que uma melhoria das técnicas agrícolas poderá diminuir o risco de deserti­ficação em algumas dessas áreas. As áreas Frágeis à desertificação (F1, F2 e F3) ocu­pam a maior área na bacia do Vale do Gaio (68%). A classe F1 está mais representada nas zonas a Oeste e Sudeste da bacia onde domina o sistema de Montado. A classe F3, próxima da classe Crítica, prevalece mais no centro e Nordeste da bacia hidrográfica, em áreas onde a agricultura é mais intensiva. Estas áreas Frágeis à desertificação são mui­to sensíveis ao uso do solo, clima e vegeta­ção. Quaisquer mudanças provocadas pela perda de vegetação, nomeadamente devido a incêndios ou períodos de secas, e pelo aumento da erosão do solo poderão favore­cer a desertificação da terra e reclassificar estas zonas Frágeis como Críticas.

 

Figura 4 – Áreas ambientalmente sensíveis à desertificação na bacia de Vale do Gaio

 

Quadro 3 – Áreas (%) ambientalmente sensíveis à desertificação (ESAs).

 

De referir que as áreas Críticas à desertifi­cação obtidas para a bacia do Vale do Gaio (26%) são inferiores às obtidas por Roxo et al. (1999) para o concelho de Mértola (36%). Em contrapartida, observa-se uma maior percentagem de áreas Frágeis à deser­tificação na bacia do Vale do Gaio (68%), em relação àquele concelho (47%).

 

CONCLUSÕES

O modelo PESERA, que estima a perda de solo, e a metodologia MEDALUS, quepermite avaliar as Áreas Ambientalmente Sensíveis à Desertificação (ESAs), apresen­tam resultados concordantes. As zonas onde o risco de erosão é maior correspondem às zonas que apresentaram maiores riscos de desertificação. Considerando o valor de 2 t/ha/ano como limite tolerável para a erosão do solo, verificamos que 60% da área da bacia hidrográfica de Vale do Gaio apresen­ta estimativas de perda de solo superiores aquele valor. Quanto à classificação das ESAs, constata-se que 26% da área classifi­ca-se como Crítica, ou seja, inclui áreas já bastante degradadas devido a um uso incor­recto no passado, e 68% da área é classifi­cada como Frágil, isto é, onde qualquer alte­ração no delicado equilíbrio entre o meio natural e as actividades humanas poderá conduzir o ecossistema no sentido da deser­tificação.

A aplicação do modelo PESERA e da metodologia MEDALUS são exequíveis apesar de alguns dos dados de entrada terem sido extrapolados e os resultados obtidos carecerem de validação devido à inexistên­cia de dados experimentais. Apresentam, no entanto, a vantagem de permitirem uma fácil comparação de resultados entre dife­rentes regiões, quer de Portugal quer da Europa. Seria útil proceder a campanhas de monitorização da erosão do solo, de modo a melhor fundamentar os resultados obtidos, tal como se procede na Grécia e em Espa­nha onde estas metodologias têm sido vali­dadas com dados de campo.

 

AGRADECIMENTOS

São devidos ao projecto ENVironmental ASsessment of Soil for MOnitoring – ENVASSO (EU Sixth Framework Research Programme, Contract No: 022713).

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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