Fatores antrópicos e naturais possuem impacto direto na provisão de serviços ecossistêmicos hídricos. Dentre estes, mudanças de uso do solo, as características pluviométricas e a interação entre esses fatores, são muitas vezes responsáveis pela piora da qualidade da água nos rios. Portanto, para garantir a provisão destes serviços, é fundamental quantificar e compreender essa intrínseca relação. Neste trabalho buscamos ampliar o conhecimento a respeito de como os usos da terra e a intensificação dos usos afetam a qualidade da água em bacias hidrográficas rurais. Mais especificamente, buscamos compreender e quantificar o efeito da variação sazonal de cobertura vegetal do solo, da precipitação e da mudança de uso do solo na qualidade da água. Para atingir estes objetivos, primeiramente utilizamos uma abordagem de seleção de modelos e focamos em bacias de primeira ordem. Incluímos como nossas variáveis preditoras de interesse a cobertura vegetal (nativa e agrícola), a porcentagem de vegetação nativa, a quantidade de chuva e o número de dias sem chuva. Em seguida, ainda sob a ótica de seleção de modelos e focando em um uso continuadamente predominante do solo, mas trabalhando com bacias hidrográficas relativamente maiores, incluímos em nossas análises características intrínsecas das bacias: seu tamanho e declividade média. No geral, encontramos que a chuva e a erosão são os principais fatores que influenciam a qualidade da água e que tanto a vegetação nativa quanto a cobertura vegetal do solo possuem uma limitada capacidade de proteção dos recursos hídricos. Porém, nos casos de baixa cobertura vegetal do solo e chuvas intensas, o poder protetivo da cobertura vegetal mostrou-se altamente relevante. Observamos ainda que características individuais das bacias hidrográficas podem modular os efeitos de cada uso da terra, sendo estas características particularmente relevantes para bacias predominantemente ocupadas por cana-de-açúcar. Evidenciamos também que o efeito direto da declividade no fósforo é ligeiramente mais forte para bacias de pastagens bem como identificamos potencial presença de pastagens degradadas em nossas áreas de estudo. Após aprofundar o conhecimento sobre os efeitos dos usos da terra predominantes nas bacias hidrográficas, incluímos em nosso terceiro e último capítulo um estudo sobre o efeito da intensificação dos usos sobre a qualidade da água. Sendo assim, analisamos e comparamos dois grupos de bacias hidrográficas: as que possuem uso estável ao longo do tempo e as que passaram por uma transição em direção à maior intensificação. Neste capítulo, aumentamos o período histórico estudado e focamos no entendimento das tendências da qualidade da água utilizando modelos lineares com e sem presença de limiares. Não identificamos tendências de mudanças para diversos parâmetros de qualidade da água e para diferentes bacias hidrográficas. Entretanto, encontramos maior degradação dos recursos hídricos em bacias predominantemente cobertas com pastagens. Encontramos, em alguns casos analisados, tendências de piora em bacias hidrográficas com intensificação de seus usos, mas este não foi o resultado mais frequentemente encontrado. Nossos resultados nos permitem concluir que a precipitação e a erosão são os principais drivers modulando a qualidade da água, tanto em bacias hidrográficas de primeira ordem quanto em bacias relativamente maiores. Demonstramos possível risco ambiental associado à intensificação de usos da terra, mas trouxemos evidências também para potenciais impactos negativos na qualidade da água decorrentes do manejo inadequado de áreas de baixa intensidade de uso, como as pastagens de manejo extensivo. Nossos resultados, ao apontarem as variáveis que potencialmente impactam a qualidade da água, tem fundamental importância nas tomadas de decisão que visam a manutenção da segurança hídrica. Ao revelar o significativo efeito das chuva na qualidade da água, o limitado porém relevante efeito protetor da cobertura vegetal (agrícola ou natural) e diferenças entre usos e intensidade de manejos do solo distintos, fica evidente a importância de se considerar a manutenção e recuperação da vegetação nativa combinada com o manejo adequado dos usos agrícolas, bem como as atuais mudanças no cenário climático global, a fim de reduzir o potencial impacto da interferência antrópica nas bacias hidrográficas.

Anthropogenic and natural factors have a direct influence on the provision of water ecosystem services. Within these factors, changes in land use, rainfall characteristics, and the complex interaction between these factors are frequently responsible for worsening water quality in rivers. Therefore, to ensure the provision of these services, it is essential to quantify and understand this intrinsic relationship. In this work, we seek to expand knowledge regarding how land uses and land use intensification affect water quality in rural watersheds. More specifically, we aim to understand and quantify the effect of seasonal soil vegetation cover variations, precipitation quantity, and land use changes on water quality. To achieve these objectives, we initially employed a model selection approach and focused on first-order watersheds. We included as our predictor variables the amount of vegetation cover (native and agricultural), the percentage of native vegetation, the amount of rainfall, and the number of days without rain. Subsequently, still under a model selection perspective and focusing on watersheds characterized by continuously predominant land uses, we extended our analysis to encompass relatively larger watersheds. In this context, we incorporated intrinsic watershed characteristics into our investigations, including their size and average slope. Overall, we found that rainfall and erosion are the main factors influencing water quality and that both native vegetation and soil vegetation cover have a limited capacity to protect water resources. Nevertheless, in instances characterized by low soil vegetation cover juxtaposed with heavy rainfall events, the protective role of vegetation cover proved to be highly relevant. Furthermore, our observations revealed that individual characteristics of each watershed can modulate the effects of each land use. This phenomenon is particularly relevant for watersheds predominantly occupied by sugarcane. Additionally, our findings revealed that the direct influence of slope on phosphorus levels is slightly stronger for pasture-dominated watersheds, and we identified the potential presence of pasture degradation within our study areas. After deepening our understanding of the influence of continuously predominant land uses, we included in our third and final chapter an investigation of the impact of land use intensification on water quality. Therefore, we analyzed and compared two groups of watersheds: those characterized by stable land use practices over time and those that underwent a transition towards greater intensification. In this chapter, we extended the historical period studied and focused on understanding trends in water quality using linear models with and without thresholds. We observed non-significant trends across a spectrum of water quality parameters and various watersheds, with greater degradation of water resources in watersheds predominantly covered with pasturelands. While certain cases within our analysis revealed a trend towards deteriorating water quality in response to increased land use intensity, this was not the prevailing result. Our findings allow us to conclude that precipitation and erosion are the main drivers modulating water quality, both in first-order watersheds and in relatively larger watersheds. Our study not only demonstrates the potential environmental risks associated with land use intensification but also provides evidence for potential negative impacts on water quality resulting from inadequate management of low-intensity land uses, such as extensive pasture management. Our results are of fundamental importance in the context of water security decision-making by pointing out the variables that potentially impact water quality. Particularly, our findings reveal the significant effect of rainfall on water quality, the low protective effect of vegetation cover (agricultural or natural), and differences between different land uses and soil management intensities. Therefore, our study underscores the imperative need to integrate proper management of agricultural land uses and account for the ongoing changes in the global climate scenario to effectively mitigate the potential consequences of human interference in watersheds.