Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O objetivo desse estudo foi avaliar os teores e estoques de carbono orgÃnico nas formas: total (COT), particulada (COP), associada (COA) e solÃvel em Ãgua (CSA), P disponÃvel, K e Na trocÃveis, assim como a possÃvel redistribuiÃÃo destes elementos e das partÃculas do solo pela erosÃo hÃdrica em sistemas agroflorestais, comparativamente ao sistema de cultivo tradicional e intensivo. O estudo foi desenvolvido em Ãrea experimental localizada na Fazenda Crioula, pertencente ao Centro Nacional de Pesquisa de Caprinos da EMBRAPA, no municÃpio de Sobral-CE. A partir de projeto desenvolvido desde 1997 foram selecionadas as seguintes Ãreas: Agrissilvipastoril (AGP), Silvipastoril (SILV), Tradicional 1 (TR1), Tradicional 2 (TR2), Cultivo Intensivo em Pousio (CIP), VegetaÃÃo Natural 1 (VG1) e VegetaÃÃo Natural 2 (VG2). A Ãrea estudada foi georeferenciada, nos transectos as amostras foram coletadas a profundidade de 0-5 cm a cada 20, 10 ou 5 m de acordo com o relevo. Os teores de COT foram determinados por oxidaÃÃo Ãmida, o CSA por centrifugaÃÃo seguida de oxidaÃÃo Ãmida, o fÃsforo (P) disponÃvel, K+ e Na+ trocÃveis por extraÃÃo com Mehlich I e colorimetria. Determinou-se tambÃm a densidade e a textura do solo, onde na fraÃÃo areia o COP foi quantificado por oxidaÃÃo Ãmida enquanto que o COA foi obtido por diferenÃa entre o COT e o COP. Os resultados foram avaliados atravÃs de medidas descritivas e tÃcnicas geoestatÃsticas. As Ãreas sob manejo agroflorestal apresentaram teores e estoques de carbono e nutrientes superiores, mesmo em condiÃÃes de relevo favorÃveis a perdas por processo erosivo. A fraÃÃo areia foi comumente alterada pela aÃÃo dos agentes erosivos nos sistemas conservadores, enquanto que nos sistemas mais intensivos a argila foi mais afetada devido à erosÃo està promovendo perdas do horizonte Bt nestas Ãreas. As estimativas de perdas e incrementos de solo e nutrientes confirmaram a eficiÃncia do SAFâs em reduzir os efeitos da erosÃo enquanto que as Ãreas tradicionais promoveram maiores perdas de nutrientes e solo. AlÃm disso, observou-se o predomÃnio de uma maior variabilidade espacial nos SAFâs, quando comparado as Ãreas manejadas de forma convencional que apresentaram um aspecto uniforme devido à maior aÃÃo dos agentes erosivos. / The objective of this study was to evaluate the content and stocks of: organic carbon in the form total (TOC), particulate (COP), associated (COA) and soluble in water (CSA), available P, K and Na exchangeable, as well as possible redistribution of these elements and soil particles by water erosion in agroforestry systems, compared to the traditional system of cultivation and intensive. The study was developed in an experimental area located at the Crioula Farm, CNPC â EMBRAPA, in Sobral County, CE. The following systems were evaluated: Agrisilvipastoril (AGP), Silvipastoril (SILV), Traditional 1(TR1), Traditional 2(TR2), Fallow Intense Cropping (CIP), Natural Vegetation 1 (VG1) and Natural Vegetation 2 (VG2). The studied field was georeferenced in transects and soil samples were collected to a depth of 0-5 cm every 20, 10 or 5 m, according to the condition of terrain. The TOC content was determined by wet oxidation, the CSA for centrifugation followed by wet oxidation, phosphorus (P) available, K and Na exchangeable was extracted by Mehlich-1 and determined colorimetrially. Was determined also the soil density and texture, where it was determined in the sand fraction COP by wet oxidation while the COA was obtained by the difference between the TOC and COP. The results were analyzed using descriptive statistic and geostatistic technique. The areas under management and agroforestry showed content of carbon stocks and superior nutrients, even under conditions favorable for significant losses for the erosion process. The sand fraction was commonly altered by the action of agents in erosive systems conservatives, while more intensive systems in the clay was most affected due to erosion is causing great losses of Bt horizon in these areas. Estimates of losses and gains of soil nutrients and confirmed the efficiency of the SAF's to reduce the effects of erosion while the traditional areas promoted stronger loss of nutrients and soil. Moreover, there is predominance bigger spatial variability in the SAF's, compared the areas managed in a way that presented a conventional uniform appearance due to greater erosive action of the agents.

O conhecimento da condutividade hidráulica do solo é essencial para qualquer modelagem que envolva o movimento da água no solo. Além de variar com a umidade, a condutividade hidráulica do solo (K) apresenta alta variabilidade espacial, tanto em determinações no campo como no laboratório, podendo ser representada em função da umidade (θ) ou do potencial matricial (ψm). Conforme indica a Lei de Poiseuille, a condutância de poros individuais é altamente sensível ao seu diâmetro. Como a distribuição dos diâmetros de poros de um solo é descrita pela sua curva de retenção e o maior poro que contém água define o potencial matricial, a hipótese do presente trabalho é que, expressando-se K para um θ fixo, sua variabilidade é maior que para um ψm fixo. Para testar tal hipótese, foi conduzido um experimento empregando-se o método do perfil instantâneo sem evaporação (durante 1050 horas) e com evaporação (durante 401 horas) em períodos diferentes, obtendo-se a condutividade hidráulica não saturada em 48 baterias distanciadas de 1 m entre si e dispostas em linha reta em um Latossolo Vermelho-amarelo, dentro do Campus da Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” – ESALQ/USP em Piracicaba/SP. Os valores de potencial matricial foram obtidos por tensiometria em cinco profundidades (de 0,075 a 0,675 m) para cada bateria e transformados em umidade por curvas de retenção determinadas próximas a cada bateria. Os dados foram processados conforme procedimento padrão. O experimento com evaporação permitiu a obtenção nas camadas mais superficiais de valores de condutividade hidráulica em uma faixa de umidade abaixo daquela obtida no experimento sem evaporação. Os valores estimados de K(θ) e de K(ψ) foram submetidos à análise estatística descritiva e, após a verificação da não normalidade dos dados, foram submetidos à transformação logarítmica para a normalização da densidade de distribuição. Com a comprovação da não normalidade dos dados procedeu-se à estimativa do coeficiente de variação do logaritmo da condutividade hidráulica, observando-se menor variabilidade de K(ψ) do que K(θ), na maioria dos casos, sustentando a hipótese desta tese. Na faixa de umidade avaliada, o coeficiente de variação dos valores de condutividade hidráulica aumentou com a umidade e com o potencial matricial. / The knowledge of the soil hydraulic conductivity is essential to modeling soil water movement. Soil hydraulic conductivity (K) varies with water content and has a high spatial variability as well, either in field or in laboratory determinations. It can be represented as a function of water content (θ) or pressure head (ψm). According to Poiseuille´s Law, the conductance of individual pores is strongly dependent on their diameters. Pore size distribution in a soil is described by its water retention curve, and the largest water containing pore defines pressure head. Therefore, the hypothesis of the present study is that if K is expressed at a fixed θ value, its variability is higher than if expressed at a fixed ψm value. With the purpose of testing the hypothesis, an experiment was carried out using the instantaneous profile method without evaporation (for 1050 hours) and with evaporation (for 401 hours) in different periods. The soil hydraulic conductivity was estimated at 48 locations, 1 m distant from each other on a straight line in a Typic Hapludox soil at the ESALQ/USP campus in Piracicaba/SP – Brazil. Pressure heads were obtained through tensiometry in five depths (from 0,075 to 0,675 m) and transformed in water contents by water retention curves determined close to each location. Data were processed by standard routines. The test with evaporation allowed the soil hydraulic conductivity estimation in surface layers at water contents lower than in the test without evaporation. The estimated values for K(θ) and K(ψ) were submitted to a descriptive analysis, and normalized by a log-transformation. As the density distribution was lognormal, the coefficient of variation was estimated to the log-transformed K values, and it was observed that in most cases the K(ψ) variability was less than the K(θ), in agreement with the hypothesis of this study. The coefficient of variation of the K values increased with the water content and the matric potential within the range of water contents evaluated.

Com a crescente adoção da agricultura de precisão, há uma busca por informações mais detalhadas da variabilidade espacial dos solos em escalas que viabilizem um manejo diferenciado da área de produção. Entretanto, o custo das análises de solo é sem dúvida um dos principais entraves para obtenção dessas informações. A adoção do geoprocessamento, utilizando-se o sensoriamento remoto, GPS e sistemas de informações geográficas para caracterização de solos e quantificação de seus atributos, é um desafio que vem sendo buscado por vários pesquisadores por ser uma tecnologia alternativa de avaliação do solo, podendo ser mais barata, rápida e com menor impacto ambiental. Contudo, como qualquer tecnologia de ponta, ela deve ser devidamente testada e ajustada para os mais diversos tipos de solos e regiões. Para tanto, foram escolhidas áreas localizadas na região de São Carlos e Ibaté, São Paulo, tendo os seguintes objetivos: (i) caracterizar o comportamento espectral de solos por sensores terrestre (FieldSpec) e orbital (ASTER); (ii) determinar alterações no comportamento espectral dos solos ao longo de diferentes toposseqüências; (iii) gerar modelos de quantificação de atributos químicos e granulométricos dos solos a partir de sua radiação eletromagnética e (iv) caracterizar os solos da região conforme a altitude e declividade do terreno utilizando-se técnicas de sistema de informações geográficas. Para isso foram coletadas amostras no campo e realizado o mapeamento da área. As amostras foram avaliadas por diferentes sensores e correlacionou-se seus atributos com a reflectância. Desta forma, modelos espectrais de atributos dos solos foram elaborados. O mapa de solos elaborado foi cruzado com informações de declive e altitude para sua caracterização. Verificou-se que os atributos granulométricos e a matéria orgânica possuem uma grande influência no comportamento espectral dos solos. Verificou-se também, que solos localizados em cotas mais elevadas do relevo apresentam maior intensidade de reflectância do que os situados em posições inferiores, devido à variação do material de origem da referida região. As correlações entre os atributos e os dados espectrais do solo indicam uma tendência de aumentar o coeficiente de correlação em maiores comprimentos de onda. Os modelos elaborados para quantificação dos atributos granulométricos resultaram em valores estimados muito próximos dos determinados pelas análises convencionais (argila: R² = 0,69). Em escalas regionais há uma tendência de ocorrência de determinadas classes de solo em altitudes e declividades similares. Na área estudada, por exemplo, o Latossolo Amarelo foi encontrado predominantemente nas cotas mais altas (815-835 m) e em relevo plano (1-3 %). Conclui-se que a partir de informações de declividade e elevação da área, a extrapolação pedológica em locais sem apoio de campo deve ser feita com cautela. / With the increasing in adoption of precision agriculture, there is a need more detailed information about soil spatial variability in order to make possible a better management of crop fields. However, the cost of soil chemical analysis is the most important obstacle to obtain this information. The use of geoprocessing techniques, such as remote sensing, GPS and geographic information system, for soil characterization and quantification of their attributes is a challenge pursued for several researchers because it is an alternative technology for soil evaluation that can be cheaper, faster, and with lower environmental impact. Nevertheless, like any new technology, it must be tested and adjusted with different soil types located in different areas. For this research, two areas were chosen: São Carlos and Ibaté, São Paulo region, with the following objectives: (i) characterize the soil spectral response using terrestrial (FieldSpec) and orbital (ASTER) sensors; (ii) determine the changes on soil spectral response across different toposequences; (iii) generated models to quantify soil chemical and granulometric attributes based on its electromagnetic radiation and (iv) characterize the soil in conformity with altitude and slope using geographic information system techniques. Soil samples were collected and a soil map was developed. Soil samples were analyzed by both sensors and their attributes was correlated with spectral reflectance. Then spectral models were developed to quantify soil attributes. Soil map was crossed with declivity and elevation information for characterization. It was verified that the granulometric and organic matter attributes have a great influence on soil spectral response. It was verified that soils located in higher altitudes presented higher reflectance intensity than those located in lower positions due to the variation on parent material. The correlations between soil attributes and spectral data showed a tendency to increase the correlation coefficient at higher wavelengths. The models elaborated to quantify the granulometric attributes resulted in estimated values very close to the determined by conventional laboratory analysis (clay content: R² = 0.69). In regional scale there is a tendency of some soil classes occur at similar altitudes and slope. For example, the Typic Haplustox was found predominant at higher altitudes (815-835 m) and plan relief (1-3%). It was possible to conclude that based on information about slope and altitudes for this area, the pedologic extrapolation in new areas without field work should be done with caution.

Made available in DSpace on 2016-04-28T14:58:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007- Jose Eduardo Dias.pdf: 7576584 bytes, checksum: f462c307c38711b0d35ca1237ce04396 (MD5) Previous issue date: 2007-05-18 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Agroecological production systems are more complex than conventional ones, since a series of crops follow in sequence or are intercropped to achieve high diversity and maximize soil nutrient recycling. The full understanding of these systems require systemic analyses and therefore, adequate tools. To understand soil fertility evolution, heterogeneity should also be considered. This thesis was performed at Integrated Agroecological Production System, located at Serop?dica, Rio de Janeiro, an area that has been organically managed for 14 years. The first chapter consisted of studying land use from 2003 to 2005. Each land unit use was annotated every three months to generate 12 maps. The information gathered was processed to generate three maps: (i) cultivated species richness; (ii) fallow intensity and (iii) green manure use. High cultivated species richness was observed. In some land units up to 40 plant species were recorded. However, this diversity was not uniformly distributed throughout the terrain. A high intensity of land use, mostly with annuals was also observed in a large part of the area. In most cases, fallow periods were up to 3 months in 3 years. The use of legumes was less frequent on the land units used for annual crops. They were not uniformly distributed throughout the terrain. The objectives of the second chapter were: (i) to generate maps of spatial distribution of soil nutrients (Ca++, Mg++ K++ and P), pH and organic matter; at two soil depths 0-20 and 20-40 cm, in 2004 and 2005 (ii) evaluate the difference of those soil attributes in two years (iii) evaluate the difference of soil fertility between the layers of 20-40 cm and 0-20 cm, (iv) generate two maps of fertility potential , one for each year, for the 0-20 cm layer; (v) to combine maps of all attributes in order to generate maps of potential of gain/loss of nutrients . In general, soil nutrient levels were high and very high, indicating that the 14 years of organic management has built up soil fertility. There was a trend of decreasing soil fertility from 2004 to 2005. The area with higher loss potential coincided with a high intensively used portion of the system. However, on the area used as a control, losses also occurred, in lower intensity. From all nutrients studied, phosphorus was the most spatially and temporally variable. / Sistemas de produ??o com base agroecol?gica s?o mais complexos que os convencionais. A heterogeneidade ? uma regra nesses sistemas, pois muitas culturas se sucedem no tempo e no espa?o, compondo assim, alta biodiversidade. A compreens?o desses sistemas requer an?lises de car?ter sist?mico e, portanto, necessita de ferramentas compat?veis. Da mesma forma, estudos de fertilidade do solo, que consideram a heterogeneidade espacial e temporal s?o imperativos para se compreender a din?mica dos nutrientes. O presente estudo foi conduzido no Sistema Integrado de Produ??o Agroecol?gica - SIPA, uma ?rea que vem sendo manejada organicamente por catorze anos, situada no munic?pio de Serop?dica RJ. O primeiro cap?tulo constou do estudo do uso da terra, entre 2003 e 2005. Foram feitos registros trimestrais do uso das glebas, gerando doze mapas de uso. As informa??es contidas nesses mapas foram processadas de forma a gerar tr?s novos mapas: (a) riqueza de esp?cies cultivadas; (b) intens idade de pousio e (3) utiliza??o de leguminosas. Foi verificada alta riqueza de esp?cies cultivadas, havendo algumas glebas com at? 40 esp?cies vegetais. Por?m, esta diversidade encontra-se desuniformente distribu?da no terreno. Houve uma alta intensidade de uso da terra, sendo o per?odo de pousio, em grande parte, relativamente curto, ou seja, de at? tr?s meses, em tr?s anos. Nesses casos, predominaram cultivos anuais. O uso de leguminosas, no sistema, foi menor nas glebas de cultivos anuais e estava desuniformemente distribu?do no terreno. O segundo cap?tulo teve como objetivos: (1) gerar mapas da distribui??o espacial de MO, pH. Ca++, troc?vel, Mg++ troc?vel e K++ troc?vel em quatro glebas selecionadas do SIPA, para as camadas de 0 a 20 e de 20 a 40 cm, nos anos 2004 e 2005; (2) avaliar a evolu??o dos teores daqueles elementos nos dois anos; (3) avaliar a diferen?a de teores entre as camadas 0- 20 cm e 20-40 cm; (4) gerar dois mapas de fertilidade potencial qu?mica , um para cada ano, combinando-se os mapas de todos os nutrientes, para a camada de 0 a 20 cm e (5) gerar dois mapas de potencial de perda/ac?mulo de nutrientes, um, pela combina??o dos mapas de evolu??o da fertilidade e outro, pela combina??o dos mapas de potencial de 2005 e 2004. Os resultados indicaram n?veis dos nutrientes, na faixa de alto a muito alto, na maioria da extens?o da ?rea de estudo, nos dois anos, indicando que o manejo do SIPA, nos catorze anos, desde a sua cria??o, tem constru?do a fertilidade do solo. No entanto, detectou-se uma tend?ncia de diminui??o dos n?veis de nutrientes de 2004 para 2005. O potencial de perda coincide com ?rea de alta intensidade de uso, entretanto a ?rea controle, de uso m?nimo, tamb?m indicou perdas, contudo em propor??es menores.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:25:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fernando.pdf: 1254221 bytes, checksum: 741e9fc4768462bb7fd91bdbf5e81c45 (MD5) Previous issue date: 2011-06-01 / The fundamental principles of precision agriculture are to increase crop productivity and to maintain agricultural sustainability through the use of fertilizer material on a variable rate, unlike the conventional farming, which uses values based on the average use of inputs. The aim of this study was to make a comparison between conventional farming (AC) and precision farming (AP), taking into account the chemical attributes available in the soil and its physical characteristics. The experiment was conducted in an area of 19.63 ha, in Cascavel, Paraná. Three bands were defined for conventional agriculture and three for precision agriculture. To create theme maps, kriging was used as interpolator, and the spatial dependence data were evaluated through semivariograms. Soybean yield was highly correlated with K in both cropping systems, but was lightly correlated with the remaining attributes evaluated. In AC it was found that the attributes yield, clay, sand, Cu, and cone index 0-20 cm showed strong spatial dependence. The remaining attributes presented weak and moderated spatial dependence. For the AP system, Cu presented strong spatial dependence. With exception to Zn, all the evaluated attributes were in availability levels for soy development, and this fact influenced the AP yield not to be significantly higher than AC. The interpolated yield mean was virtually the same for both systems, and in most of the area (59,7%) AP showed higher productivity than AC. / Os princípios fundamentais da agricultura de precisão (AP) são o aumento da produtividade das culturas e a manutenção da sustentabilidade agrícola, por meio do uso de aplicação de insumos a taxa variável, ao contrário do cultivo convencional, que utiliza valores médios para aplicação de insumos. O objetivo deste trabalho foi comparar o sistema de cultivo convencional (AC) e AP, levando em consideração os atributos químicos disponíveis no solo, suas características físicas e a produtividade de Soja. O experimento foi realizado em uma área de 19,63 ha, no município de Cascavel, Paraná, sendo definidas três faixas (curvas de nível) para AC e três para AP. Realizou-se coletas para análise química do solo, macro e microporosidade e densidade do solo em toda a área. Na soja foi feita a avaliação de produtividade. Para criação de mapas temáticos foi utilizada a krigagem como interpolador, sendo avaliada a dependência espacial dos dados por meio do semivariograma. A produtividade da soja teve alta correlação com o K nos dois sistemas de cultivo, mas foi pouco correlacionada linearmente com os demais atributos analisados. No sistema AC verificou-se que os atributos produtividade, argila, areia, Cu e Índice de Cone 0- 20 cm apresentaram forte dependência espacial. Os demais atributos apresentaram fraca e moderada dependência espacial. Para o sistema AP, o atributo Cu apresentou forte dependência espacial e os demais atributos apresentaram baixa ou moderada dependência espacial. Com exceção do Zn, todos os atributos estudados estavam em nível de disponibilidade suficientes ao desenvolvimento da cultura, fato este que influenciou a produtividade de AP para que não fosse significativamente superior a AC. A produtividade média interpolada foi praticamente a mesma para ambos os sistemas, sendo que na maior parte da área (59,7%) AP apresentou maior produtividade que AC.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fernando.pdf: 1254221 bytes, checksum: 741e9fc4768462bb7fd91bdbf5e81c45 (MD5) Previous issue date: 2011-06-01 / The fundamental principles of precision agriculture are to increase crop productivity and to maintain agricultural sustainability through the use of fertilizer material on a variable rate, unlike the conventional farming, which uses values based on the average use of inputs. The aim of this study was to make a comparison between conventional farming (AC) and precision farming (AP), taking into account the chemical attributes available in the soil and its physical characteristics. The experiment was conducted in an area of 19.63 ha, in Cascavel, Paraná. Three bands were defined for conventional agriculture and three for precision agriculture. To create theme maps, kriging was used as interpolator, and the spatial dependence data were evaluated through semivariograms. Soybean yield was highly correlated with K in both cropping systems, but was lightly correlated with the remaining attributes evaluated. In AC it was found that the attributes yield, clay, sand, Cu, and cone index 0-20 cm showed strong spatial dependence. The remaining attributes presented weak and moderated spatial dependence. For the AP system, Cu presented strong spatial dependence. With exception to Zn, all the evaluated attributes were in availability levels for soy development, and this fact influenced the AP yield not to be significantly higher than AC. The interpolated yield mean was virtually the same for both systems, and in most of the area (59,7%) AP showed higher productivity than AC. / Os princípios fundamentais da agricultura de precisão (AP) são o aumento da produtividade das culturas e a manutenção da sustentabilidade agrícola, por meio do uso de aplicação de insumos a taxa variável, ao contrário do cultivo convencional, que utiliza valores médios para aplicação de insumos. O objetivo deste trabalho foi comparar o sistema de cultivo convencional (AC) e AP, levando em consideração os atributos químicos disponíveis no solo, suas características físicas e a produtividade de Soja. O experimento foi realizado em uma área de 19,63 ha, no município de Cascavel, Paraná, sendo definidas três faixas (curvas de nível) para AC e três para AP. Realizou-se coletas para análise química do solo, macro e microporosidade e densidade do solo em toda a área. Na soja foi feita a avaliação de produtividade. Para criação de mapas temáticos foi utilizada a krigagem como interpolador, sendo avaliada a dependência espacial dos dados por meio do semivariograma. A produtividade da soja teve alta correlação com o K nos dois sistemas de cultivo, mas foi pouco correlacionada linearmente com os demais atributos analisados. No sistema AC verificou-se que os atributos produtividade, argila, areia, Cu e Índice de Cone 0- 20 cm apresentaram forte dependência espacial. Os demais atributos apresentaram fraca e moderada dependência espacial. Para o sistema AP, o atributo Cu apresentou forte dependência espacial e os demais atributos apresentaram baixa ou moderada dependência espacial. Com exceção do Zn, todos os atributos estudados estavam em nível de disponibilidade suficientes ao desenvolvimento da cultura, fato este que influenciou a produtividade de AP para que não fosse significativamente superior a AC. A produtividade média interpolada foi praticamente a mesma para ambos os sistemas, sendo que na maior parte da área (59,7%) AP apresentou maior produtividade que AC.

O conhecimento da condutividade hidráulica do solo é essencial para qualquer modelagem que envolva o movimento da água no solo. Além de variar com a umidade, a condutividade hidráulica do solo (K) apresenta alta variabilidade espacial, tanto em determinações no campo como no laboratório, podendo ser representada em função da umidade (θ) ou do potencial matricial (ψm). Conforme indica a Lei de Poiseuille, a condutância de poros individuais é altamente sensível ao seu diâmetro. Como a distribuição dos diâmetros de poros de um solo é descrita pela sua curva de retenção e o maior poro que contém água define o potencial matricial, a hipótese do presente trabalho é que, expressando-se K para um θ fixo, sua variabilidade é maior que para um ψm fixo. Para testar tal hipótese, foi conduzido um experimento empregando-se o método do perfil instantâneo sem evaporação (durante 1050 horas) e com evaporação (durante 401 horas) em períodos diferentes, obtendo-se a condutividade hidráulica não saturada em 48 baterias distanciadas de 1 m entre si e dispostas em linha reta em um Latossolo Vermelho-amarelo, dentro do Campus da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" - ESALQ/USP em Piracicaba/SP. Os valores de potencial matricial foram obtidos por tensiometria em cinco profundidades (de 0,075 a 0,675 m) para cada bateria e transformados em umidade por curvas de retenção determinadas próximas a cada bateria. Os dados foram processados conforme procedimento padrão. O experimento com evaporação permitiu a obtenção nas camadas mais superficiais de valores de condutividade hidráulica em uma faixa de umidade abaixo daquela obtida no experimento sem evaporação. Os valores estimados de K(θ) e de K(ψ) foram submetidos à análise estatística descritiva e, após a verificação da não normalidade dos dados, foram submetidos à transformação logarítmica para a normalização da densidade de distribuição. Com a comprovação da não normalidade dos dados procedeu-se à estimativa do coeficiente de variação do logaritmo da condutividade hidráulica, observando-se menor variabilidade de K(ψ) do que K(θ), na maioria dos casos, sustentando a hipótese desta tese. Na faixa de umidade avaliada, o coeficiente de variação dos valores de condutividade hidráulica aumentou com a umidade e com o potencial matricial. / The knowledge of the soil hydraulic conductivity is essential to modeling soil water movement. Soil hydraulic conductivity (K) varies with water content and has a high spatial variability as well, either in field or in laboratory determinations. It can be represented as a function of water content (θ) or pressure head (ψm). According to Poiseuille´s Law, the conductance of individual pores is strongly dependent on their diameters. Pore size distribution in a soil is described by its water retention curve, and the largest water containing pore defines pressure head. Therefore, the hypothesis of the present study is that if K is expressed at a fixed θ value, its variability is higher than if expressed at a fixed ψm value. With the purpose of testing the hypothesis, an experiment was carried out using the instantaneous profile method without evaporation (for 1050 hours) and with evaporation (for 401 hours) in different periods. The soil hydraulic conductivity was estimated at 48 locations, 1 m distant from each other on a straight line in a Typic Hapludox soil at the ESALQ/USP campus in Piracicaba/SP - Brazil. Pressure heads were obtained through tensiometry in five depths (from 0,075 to 0,675 m) and transformed in water contents by water retention curves determined close to each location. Data were processed by standard routines. The test with evaporation allowed the soil hydraulic conductivity estimation in surface layers at water contents lower than in the test without evaporation. The estimated values for K(θ) and K(ψ) were submitted to a descriptive analysis, and normalized by a log-transformation. As the density distribution was lognormal, the coefficient of variation was estimated to the log-transformed K values, and it was observed that in most cases the K(ψ) variability was less than the K(θ), in agreement with the hypothesis of this study. The coefficient of variation of the K values increased with the water content and the matric potential within the range of water contents evaluated.

A importância do Estado de São Paulo (ESP) é notável no desenvolvimento do Brasil, seja no setor econômico ou energético, o que justifica o estudo do comportamento do clima nessa região. O conhecimento da variabilidade da precipitação é imprescindível na gestão de recursos hídricos e possui grande impacto na agricultura e geração de energia por meio de fontes hidrelétricas. Estudos anteriores apontaram efeitos não-lineares do El Niño-Oscilação Sul (ENOS) sobre a precipitação no ESP; entretanto, nenhum estudo específico acerca da influência da Oscilação interdecadal do Pacífico (ODP) nesta área foi ainda realizado, embora haja alguns impactos conhecidos na América do Sul. Deste modo, este trabalho estudou a relação entre anomalias de precipitação no ESP e a ODP, no período de 1901 a 2007, de forma a auxiliar as pesquisas na linha da previsão climática nessa região do Brasil. Na primeira etapa, foram descritos os regimes de precipitação tanto para a América do Sul como localmente, para o ESP, onde se destacaram fatores como a topografia e a influência do Oceano Atlântico. Posteriormente, foram calculados quantis anuais e mensais que permitiram classificar cada evento quanto ao total de precipitação. Regiões pluviometricamente homogêneas foram determinadas no ESP com base na climatologia e nos quantis de precipitação. Notou-se a relação construtiva entre eventos ENOS e as fases da ODP, com máximo durante o verão austral. Os sinais da ODP são percebidos em todo o ESP principalmente na primavera e no verão austrais. Uma análise complementar mostrou que as fases da Oscilação Multidecadal do Atlântico (AMO) também contribuem para a precipitação no ESP durante o verão e a primavera austrais no litoral, durante o verão no interior, e ao longo da primavera na região da Serra da Mantiqueira. Aparentemente, não há relação entre os eventos ENOS e a AMO. / São Paulo State (SPS) is remarkably important to the development of Brazil, economically or energetically, and this justifies climate studies on that region. Knowing rainfall variability is essential to water resources management and it has a great impact on agriculture an power production by hydroelectric power plants. Previous studies have detected non-linear effects of El Niño-Southern Oscillation (ENSO) on SPS rainfall however no specific work deals with PDO influence in this area besides some impacts on South America are known. Therefore this work has studied the relationship between rainfall anomalies in SPS and PDO from 1901 to 2007 to contribute to the climate forecasting improvement. First it was described the rainfall regime in South America, and locally in SPS where topography and the Atlantic Ocean influences were of special importance. Then annual and monthly quantiles were calculated to allow the classification of events according to rainfall totals. Rainfall homogeneous regions were established in SPS using climatology and quantiles. It was observed the constructive relationship between ENSO events and PDO phases, mainly on austral summer. PDO signals were noticed all over the SPS mostly on austral spring and summer. An additional analysis showed that Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) phases also contribute to SPS rainfall during austral summer and spring at the coast, only on summer at the country and during spring at the Mantiqueira Slopes. Apparently, there is no relation between ENSO events and AMO phases.

Improving agricultural water management is important for conserving water during dry seasons, using limited water resources in the most efficient way, and minimizing environmental risks (e.g., leaching, surface runoff). The understanding of water movement in different zones of agricultural production fields is crucial to developing an effective irrigation strategy. This work centered on optimizing field water management by characterizing the spatial patterns of soil hydraulic properties. Soil hydraulic conductivity was measured across different zones in a farmer’s field, and its spatial variability was investigated by using geostatistical techniques. Since direct measurement of hydraulic conductivity is time-consuming and arduous, pedo-transfer functions (PTFs) have been developed to estimate hydraulic conductivity indirectly through more easily measurable soil properties. Due to ignoring soil structural information and spatial covariance between soil variables, PTFs often perform unsatisfactorily when field-scale estimations of hydraulic conductivity are needed. The performance of PTFs in estimating hydraulic conductivity in the field was therefore critically evaluated. Due to the presence of structural macro-pores, saturated hydraulic conductivity (Ks) showed high spatial heterogeneity, and this variability was not captured by texture-dominated PTF estimates. However, the general spatial pattern of near-saturated hydraulic conductivity can still be reasonably generated by PTF estimates. Therefore, the hydraulic conductivity maps based on PTF estimates should be evaluated carefully and handled with caution. Recognizing the significant contribution of macro-pores to saturated water flow, PTFs were further improved by including soil macro-porosity and were proven to perform much better in estimating Ks compared with established PTFs tested in this study. Additionally, the spatial relationship between hydraulic conductivity and its potential influencing factors were further quantified by the state-space approach. State-space models outperformed current PTFs and effectively described the spatial characteristics of hydraulic conductivity in the studied field. These findings provided a basis for modeling water/solute transport in the vadose zone, and sitespecific water management.

Les modèles pluie-débit sont des outils essentiels pour de nombreuses applications hydrologiques, notamment la prévision des crues. L’objet de cette thèse est d’examiner les performances d’un modèle événementiel distribué, dont l’intérêt est de résumer la représentation des processus à la phase de crue, et la condition initiale à un indice de saturation du bassin facilement observable ou accessible. Ce dernier dispense de modéliser la phase inter-crue, et simplifie la paramétrisation et le calage du modèle. Le modèle étudié combine une fonction de production type SCS et une fonction de transfert type lag and route, appliquées à une discrétisation du bassin en mailles carrées régulières.Le modèle est d’abord testé sur le bassin versant du Real Collobrier. Ce bassin méditerranéen est suivi depuis plus de 50 ans par l’IRSTEA, et dispose d’une exceptionnelle densité de mesures de pluies et de débits. Cet environnement favorable permet de limiter les incertitudes sur l’estimation des pluies et d’évaluer les performances intrinsèques du modèle. Dans ces conditions, les crues sont bien reconstituées à l’aide d’un jeu de paramètres unique pour l’ensemble des épisodes testés, à l’exception de la condition initiale du modèle. Celle-ci apparaît fortement corrélée avec l’humidité du sol en début d’épisode, et peut être prédéterminée de façon satisfaisante par le débit de base ou l’indice w2 fourni par le modèle SIM de Météo-France. Les performances du modèle sont ensuite étudiées en dégradant la densité des pluviomètres, et rendent compte du niveau de performances du modèle dans les cas que l’on rencontre le plus souvent. .La variabilité spatiale des paramètres du modèle est étudiée à l’échelle de différents sous-bassins du Real Collobrier. La comparaison a permis de mettre en évidence et de corriger un effet d’échelle concernant l’un des paramètres de la fonction de transfert. Les relations entre la condition initiale du modèle et les indicateurs d’humidités des sols en début d’épisode restent bonnes à l’échelle des sous-bassins, mais peuvent être significativement différentes selon les sous-bassins. Une seule relation ne permet pas de normaliser l’initialisation du modèle sur l’ensemble des sous-bassins, à une échelle spatiale de quelques km2 ou dizaines de km2. Dans le cas de l’indice d’humidité du sol w2, une explication possible est que cet indice ne prend pas en compte suffisamment finement les propriétés des sols. Enfin, la variabilité spatiale des paramètres du modèle est étudiée à l’échelle d’un échantillon d’une quinzaine de bassins méditerranéens de quelques centaines de km2, associés à des paysages et des fonctionnements hydrologiques divers. La comparaison montre qu’à cette échelle, le lien entre les indicateurs de saturation du bassin et la condition initiale peut rester stable par type de bassin, mais varie significativement d’un type de bassin à l’autre. Des pistes sont proposées pour expliquer cette variation.En conclusion, ce modèle événementiel distribué représente un excellent compromis entre performances et facilité de mise en œuvre. Les performances sont satisfaisantes pour un bassin donné ou pour un type de bassin donné. L’analyse et l’interprétation de la variabilité spatiale des paramètres du modèle apparaît cependant complexe, et doit faire l’objet du test d’autres indicateurs de saturation des bassins, par exemple mesures in situ ou mesures satellitaires de l’humidité des sols. / Rainfall-runoff models are essential tools for many hydrological applications, including flood forecasting. The purpose of this thesis was to examine the performances of a distributed event model for reproducing the Mediterranean floods. This model reduces the parametrization of the processes to the flood period, and estimates the saturation of the catchment at the beginning of the event with an external predictor, which is easily observable or available. Such predictor avoids modelling the inter-flood phase and simplifies the parametrization and the calibration of the model. The selected model combines a distributed SCS production function and a Lag and Route transfer function, applied to a discretization of the basin in a grid of regular square meshes.The model was first tested on the Real Collobrier watershed. This Mediterranean basin has been monitored by IRSTEA for more than 50 years and has an exceptional density of rainfall and flow measurements. This favourable environment made it possible to reduce the uncertainties on the rainfall input and to evaluate the actual performances of the model. In such conditions, the floods were correctly simulated by using constant parameters for all the events, but the initial condition of the event-based model. This latter was highly correlated to predictors such as the base flow or the soil water content w2 simulated by the SIM model of Meteo-France. The model was then applied by reducing the density of the rain gauges, showing loss of accuracy of the model and biases in the model parameters for lower densities, which are representative of most of the catchments.The spatial variability of the model parameters was then studied in different Real Collobrier sub-basins. The comparison made it possible to highlight and correct the scale effect concerning one of the parameters of the transfer function. The catchment saturation predictors and the initial condition of the model were still highly correlated, but the relationships differed from some sub-catchments. Finally, the spatial variability of the model parameters was studied for other larger Mediterranean catchments, of which area ranged from some tenth to hundreds of square kilometres. Once more, the model could be efficiently initialized by the base flow and the water content w2, but significant differences were found from a catchment to another. Such differences could be explained by uncertainties affecting as well the rainfall estimation as the selected predictors. However, the relationships between the initial condition of the model and the water content w2 were close together for a given type of catchment.In conclusion, this distributed event model represents an excellent compromise between performance and ease of implementation. The performances are satisfactory for a given catchment or a given type of catchment. The transposition of the model to ungauged catchment is less satisfactory, and other catchment saturation indicators need to be tested, e.g. in situ measurements or satellite measurements of soil moisture.