Groundwater recharge decrease with increased vegetation density in the Brazilian cerrado

Abstract

Large areas of the Brazilian savanna (cerrado) have been converted into farmland in recent years; however, little attention has been paid to the consequences of this land use and land cover change on groundwater recharge. Here, we assessed groundwater recharge in different physiognomies of the cerrado located in an outcrop area of the Guarani Aquifer System. Water table fluctuations were measured from October 2011 through August 2013, by 58 monitoring wells distributed on four physiognomies of the undisturbed cerrado. We used multiple monitoring wells located in “campo limpo” (cerrado grassland), “campo sujo” (shrub cerrado), “campo cerrado” (open wooded cerrado), and “cerrado sensu stricto” (wooded cerrado), cover types. Recharge rates were computed for each well using the water table fluctuation method. The measured precipitation for hydrological years 2011–2012 and 2012–2013 were 1247 and 1194 mm, respectively. We found values of average annual recharge of 363 ± 87 mm, 354 ± 85 mm, 324 ± 78 mm, and 315 ± 76 mm for “campo limpo,” “campo sujo,” “campo cerrado,” and “cerrado sensu stricto,” respectively. Our results suggest that recharge tends to decrease with the increase in the density of vegetation (grassland to woodland). These results indicate that water table depth may have an influence on the cerrado physiognomies or vice versa. Furthermore, replacement of undisturbed dense cerrado with croplands will likely alter recharge dynamics. Therefore, sound management of land use and land cover is needed to ensure future groundwater quantity and quality.

Comparison Between Vegetation Indexes from Different Sensors to Identify Vegetation Types from Tropical Savanna

“…Outro potencial a ser explorado, com o melhor entendimento dos IV's aqui analisados, referem-se ao mapeamento da distribuição espacial do estoque de carbono acima do solo, tal como realizado por Scolforo et al (2015) para o estado de Minas Gerais. Identificar a distribuição das espécies lenhosas do Cerrado, também contribuiu para modelagem da circulação do nível d'água subterrâneo e do regime de infiltração e recarga do aquífero (Ros-sato et al, 2012;Aguiar et al, 2015a;Aguiar et al, 2015b;Oliveira et al, 2017).…”

A restauração de ecossistemas e a produção de água

“…Salvo em casos específicos (Huxman et al 2005, Wilcox et al 2006, Doody et al 2011), a regra, válida para a unidade espacial de uma microbacia hidrográfica, é que: 1) a proporção de água da chuva que comporá os recursos hídricos renováveis é inversamente proporcional à biomassa da vegetação arbórea (Lima et al 1990, Le Maitre et al 1999, Zou et al 2014, Oliveira et al 2016); e 2) o aumento da vegetação florestal dificilmente aumenta o volume de chuva na mesma bacia hidrográfica, a menos que a área da bacia hidrográfica seja muito extensa (Eltahir & Bras 1996, Tremberth 1999, Ellison et al 2012. Tremberth (1999) menciona que, em uma extensão de 500 km, apenas cerca de 8,9% da precipitação total sobre a superfície terrestre são provenientes de evapotranspiração dentro da mesma região.…”

“…O aumento da transpiração, por sua vez, é proporcional ao aumento da superfície foliar (Dietz et al 2006, Kramer & Holscher 2009, Del Campo et al 2014) e do volume de solo explorado pelo sistema radicular (Nepstad et al 1994, Jackson et al 1996, Calder et al 1997, Wine et al 2015. À medida que aumentam as perdas evaporativas, diminui a quantidade de água do solo (Bond et al 2007, Bucci et al 2008, Giambelluca et al 2009, del Campo et al 2014, Zou et al 2014, Deng et al 2016 e, por consequência, diminui a recarga das reservas subterrâneas (Lima et al 1990, Le Maitre et al 1999, Oliveira et al 2016. Para exemplificar, a percentagem da água da chuva interceptada em relação à precipitação anual total em florestas tropicais pode corresponder a 9,6% a 31,8% (Carlyle-Moses & Gash 2011), enquanto em estudo realizado no gradiente de biomassa entre o cerrado strictu sensu e o cerradão a interceptação variou de 3,4% a 20,3% da precipitação anual (Honda & Durigan 2016).…”

“…Em síntese, conforme ilustrado na figura 1, à medida que aumenta a biomassa aérea, é otimizado o serviço ecossistêmico de armazenamento de carbono, mas diminui a proporção de água da chuva que pode abastecer corpos d'água superficiais ou reservas subterrâneas (Lima et al 1990, Le Maitre et al 1999, Oliveira et al 2016. Depreende-se, portanto, que ecossistemas naturais de menor biomassa, como campos e savanas, são mais eficientes do que ecossistemas florestais no fornecimento de recurso hídrico renovável.…”

Stress responses of native and exotic grasses in a Neotropical savanna predict impacts of global change on invasion spread

“…Brazilian savanna vegetation also includes well‐drained seasonal savannas, which are subject to water deficit during the dry season (April to September), as well as savannas and grasslands presenting waterlogged soil during most of the rainy season (October to May) (Sarmiento ; Oliveira et al . ). The native species that evolved with such heterogeneity of water and light availability are more likely to develop specific mechanisms or strategies to withstand the stressful conditions and could thus coexist with invasive grasses as stress severity increases.…”