O setor sucroalcooleiro encontra-se em plena expansão no país, incluindo áreas consideradas marginais, principalmente no que diz respeito à disponibilidade hídrica. O estabelecimento da cultura no campo é fundamental para o sucesso da atividade agrícola, uma vez que define parte do potencial de produção, sendo que o déficit hídrico nessa fase pode afetar significativamente o stand de plantas. Dessa forma, o presente trabalho teve por objetivo quantificar os níveis de déficit hídrico que comprometem o desenvolvimento inicial da cana-de-açúcar, para diferentes profundidades de solo (níveis de disponibilidade hídrica). O experimento foi conduzido na área de pesquisa do Departamento de Engenharia de Biossistemas na Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALQ/USP) em ambiente protegido (casa de vegetação). O solo utilizado foi classificado como Latossolo Vermelho Amarelo, textura franco arenosa, denominado Série Sertãozinho. Foram utilizadas caixas de cimento amianto com capacidade de 100 litros, preenchidas com diferentes camadas de pedra brita nº 02, e solo, simulando profundidades de 10, 20, 30 e 40 cm. Os níveis de déficit hídrico foram representados pela evapotranspiração de referência acumulada de 0, 40, 80, 120, 160, 200, 240 e 280 mm, desde o plantio até o retorno da irrigação, estando a umidade inicial do solo na capacidade de campo. O sistema de irrigação utilizado foi por gotejamento e o manejo da irrigação com base em tensiometria. O delineamento experimental em blocos ao acaso (DBC) no esquema fatorial 4 x 8, totalizou 32 tratamentos, sendo a parcela experimental representada por uma caixa contendo, inicialmente, seis gemas de cana-de-açúcar. Observou-se que a umidade do solo na capacidade de campo na ocasião do plantio é suficiente para promover a brotação e emergência das mudas, independente do nível de déficit hídrico imposto posteriormente. Para profundidades de solo de 10 e 20 cm, nível de déficit hídrico de 160 mm de ET0ac provocou a morte total das plantas, enquanto que para profundidades de 30 e 40 cm, isto ocorreu com nível de 200 mm de ET0ac. Nível de déficit hídrico de 40 mm de ET0ac já é suficiente para reduzir, de forma significativa, o desenvolvimento da planta, independente da profundidade de solo. Entretanto, em condições desfavoráveis de plantio (a 10 e a 20 cm), o efeito negativo do déficit hídrico sobre o desenvolvimento da planta é ainda maior. Além deste efeito, a imposição do déficit hídrico também causou mudança no padrão de crescimento da planta, sendo expresso pela maior relação raiz - parte aérea. A eficiência no uso da água na fase inicial da cultura foi reduzida significativamente com o déficit hídrico e a redução da profundidade do solo explorada pelo sistema radicular, apresentando valores entre 0,16 e 3,21 g L-1. / Sugar and ethanol industry is booming in Brazil, including marginal areas, especially those related to water availability. The establishment of the crop in the field is fundamental to the success of this intensive agriculture, since it defines the baseline of the potential production. Water deficit at this stage can significantly affect plant stand. This study aimed to quantify water deficit levels that undertake the initial development of cane sugar, for different soil depths (levels of water availability). The experiment was conducted in the research area of the Biosystems Engineering Department at the School of Agriculture \"Luiz de Queiroz\" (ESALQ / USP) under greenhouse conditions. The soil was classified as Red-Yellow Latosol, sandy loam, called Sertãozinho Series. It was used cement boxes with a capacity of 100 liters, filled with different layers of nº 02 gravel, and soil, simulating porous media depths of 10, 20, 30 and 40 cm. The levels of water deficit were represented by the reference evapotranspiration accumulated (ET0ac) of 0, 40, 80, 120, 160, 200, 240 and 280 mm from planting until the return of irrigation, with the initial soil moisture at field capacity. Drip irrigation system and tensiometers were used to control soil moisture. The experiment was carried out under randomized block design (RBD) in a factorial scheme of 4 x 8, totalizing 32 treatments, being the experimental unit represented by a box containing six gems of sugar cane initially. Maintaining soil moisture at field capacity at planting time is sufficient to promote sprouting and emergence of seedlings, regardless of water deficit level following. For soil depths of 10 and 20 cm, water deficit level of 160 mm ET0ac caused total death of the plants, while soil depths between 30 and 40 cm, this occurred with a higher level of 200 mm ET0ac . Water deficit level of 40 mm ET0ac is enough to reduce significantly the aerial development of sugar cane plants, regardless of soil depth. However, under unfavorable planting conditions (10 and 20 cm soil preparation), the negative effect of drought on plant development is pronounced. In addition to this effect, the imposition of water deficit also caused changes in the plant growth rate that was expressed by a higher relationship root - aboveground biomass. Water use efficiency in the initial phase of sugar cane crop was significantly reduced with water deficit and the reduction of soil depth explored by the root system, with values ranging from 0,16 to 3,21 g dry mass L-1 of water.

Uma das tecnologias mais adotadas pelos produtores, principalmente os que têm suas lavouras situadas em região de cerrado, é a irrigação. No entanto, ainda não existe consenso sobre o manejo dessa irrigação, principalmente, com relação à quantidade de água a aplicar e na freqüência da irrigação. Objetivou-se com este trabalho verificar a influência da irrigação por gotejamento quando manejada o ano inteiro, e quando submetida à suspensão ou repouso durante os meses de julho e agosto, nas características produtivas (produtividade e renda) e de crescimento (altura e diâmetros da copa e do caule) e na qualidade física e da bebida de café. Além disso, foram testados modelos matemáticos com a finalidade de identificar aquele que melhor descreve o desempenho das plantas. Não obstante, foi efetuado o balanço hídrico climatológico diário da cultura de café e alguns índices de eficiência de uso de água. O experimento foi delineado em blocos casualizados com quatro repetições e onze tratamentos, sendo esses compostos por plantas irrigadas o ano inteiro e plantas submetidas à suspensão da irrigação durante os meses de julho e agosto, além da testemunha que não foi irrigada. As lâminas de irrigação foram obtidas com base na porcentagem da evaporação da água do tanque classe A de 40%, 80%, 120%, 160% e 200%. A coleta de dados começou em julho de 2003 e se estendeu por três anos, finalizando em maio de 2006. Conclui-se que a renda e a qualidade da bebida de café não foram influenciadas pelos tratamentos; a suspensão da irrigação durante os meses de julho e agosto melhorou sobremaneira a qualidade física do café, porém, a produtividade foi drasticamente diminuída; dentre os tratamentos submetidos ao repouso, a utilização de 80% da evaporação da água do tanque classe A promoveu a melhor combinação entre qualidade física dos grãos e produtividade; A lâmina de irrigação de 80% da evaporação da água do tanque classe A, manejada durante todo o ano, promoveu a maior produtividade média e o maior índice de eficiência no uso da água; os modelos de regressão polinomial de terceiro e segundo graus e raiz quadrada, representaram de forma satisfatória o desempenho produtivo da cultura de café em função da quantidade de água aplicada, porém o primeiro apresentou maior coeficiente de correlação; os piores resultados para altura das plantas foram aqueles proporcionados pelos tratamentos Testemunha, 40% da ECA irrigado o ano inteiro, e 40% e 120% da ECA com suspensão da irrigação em julho e agosto; para o diâmetro da copa e do caule, os piores resultados foram proporcionados pelos tratamentos Testemunha e 40% da ECA irrigado o ano inteiro; a maior eficiência no uso da água de irrigação foi conseguida pela lâmina de 40% da ECA com suspensão em julho e agosto, porém, houve diminuição na produtividade em 38,3%; o armazenamento efetivo da água do solo para o tratamento Testemunha sofreu muita variação ao longo dos anos avaliados, permanecendo abaixo de 30% no mês de setembro; nos tratamentos com suspensão na irrigação, o armazenamento efetivo da água no solo ficou abaixo de 50% no mês de agosto, por outro lado, naqueles onde a irrigação foi realizada o ano todo o armazenamento permaneceu acima de 90%, com exceção do tratamento 40%, onde o armazenamento chegou a 75% em maio de 2006. / One of the most often adopted technologies by farmers, especially those who grow their crops in the savannas, is irrigation. However, there is no consensus about this irrigation management, mostly in relation to the water volume and irrigation frequency. This study analyzed the effect of drip irrigation managed throughout the year, and when subject to suspension or fallowing in the months of July and August, on the production (yield and recovery), on growth (height and canopy and stem diameters) characteristics and on coffee physical and beverage qualities. Moreover, mathematical models were tested to identify those that best describe plant performance. Daily coffee climatological hydric balance and some efficacy indices on water use were also calculated. The experimental design was randomized blocks with four repetitions and eleven treatments, which were composed by plants irrigated throughout the year, and plants subjected to irrigation suspension in the months of July and August, besides a non irrigated control. Water irrigation blades were obtained based on evaporation of the class A pan at 40%, 80%, 120%, 160% and 200%. Data collection started on July 2003 and extended for three years, ending on May 2006. It was concluded that recovery and coffee beverage quality were not affected by the treatments; suspending irrigation in July and August improved greatly coffee physical quality; however, yield decreased drastically; among the treatments subjected to fallowing, the one at 80% evaporation of class A pan, gave the best combination between cherry physical quality and yield; the irrigation blade of 80% evaporation of class A pan, managed throughout the year, gave the best average yield and the greatest water use efficacy index; the polynomial regression model of third and second degrees and the square root, represented well the yield performance of coffee as a function of water amount applied; however, the first one presented a greater correlation coefficient; the worst results of plant height were those given by the treatments non irrigated control, 40% ECA irrigated throughout the year and 40% and 120% ECA with irrigation fallowing in July and August; the worst results for canopy and stem diameters were given by the treatments non irrigated control and 40% ECA irrigated throughout the year; the greatest irrigation water use efficacy was obtained with the blade of 40% ECA with fallowing in July and August; however, there was a 38.3% decrease in yield; effective water holding in the soil for the non irrigated control varied greatly throughout the evaluation years, remaining below 30% in September; in the treatments with irrigation fallowing, effective water holding remained below 50 in August, in contrast, in those with irrigation throughout the year, water holding remained above 90% with the exception of the treatment with 40% ECA, where water holding reached 75% in May 2006.

A cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é uma das culturas mais importantes para a economia brasileira, fonte de matéria-prima para produção de açúcar e álcool. O setor sucroalcoleiro tem expandido rapidamente devido à alta demanda por biocombustíveis. Para atender tal demanda e garantir a produção de açúcar, a área cultivada deverá ser expandida utilizando áreas de cerrado e pastagens degradadas no Sudeste e Centro-Oeste, caracterizadas por invernos secos com períodos de deficiência hídrica acentuada. Cultivares com tolerância a seca e alto potencial produtivo nessas regiões são desejadas para esta expansão, e a elucidação das bases moleculares e fisiológicas da tolerância é indispensável para o desenvolvimento de tais cultivares. Para investigar mecanismos fisiológicos e moleculares envolvidos na tolerância à seca metodologias baseadas em ensaios de campo e casa de vegetação foram avaliadas, com foco na fenotipagem e perfil de expressão gênica. O uso de polietilenoglicol (PEG) como agente estressor na solução de plantas hidropônicas foi avaliado para simulação da seca, bem como a avaliação do vazamento de eletrólitos após exposição ao Paraquat (methyl-viologen). Dois genótipos previamente selecionados com base no comportamento contrastante para resposta a seca foram utilizados para testar a hipótese dos mecanismos por trás da tolerância em cana, onde \'IACPSP 94-2094\' foi selecionado como tolerante e \'IACSP 97-7065\' como sensível à seca. Diferenças genotípicas no potencial hídrico foliar e trocas gasosas ficaram evidentes após 72h em plantas hidropônicas expostas ao tratamento contendo 15% PEG, e aliadas à melhor resposta oxidativa apresentada pelo tolerante após o tratamento de discos foliares com Paraquat sugeriram o potencial dessas metodologias para serem utilizadas como screening inicial de genótipos para tolerância a seca. Dez genótipos incluindo os dois contrastantes selecionados foram avaliados para resposta a seca em condições de campo na Usina Jalles Machado (Goianésia, GO), local com alta tendência de ocorrência de deficti hídrico. \'IACSP 94-2094\' mostrou características superiores de tolerância (fechamento estomático precoce, manutenção do potencial hídrico foliar e melhor ajuste fotoquímico), ausentes em \'IACSP 97-7065\'. Análises de microarranjos, RNAseq e RT-qPCR foram realizadas utilizando-se os genótipos contrastantes, buscando identificar genes responsivos a seca e importante para tolerância. De um total de 14.522 genes no chip de microarranjos , 91 (~0.63%) foram diferencialmente expressos entre os ensaios irrigado e sequeiro, enquanto que 576 (~4%) apresentaram expressão diferencial durante deficit severo, incluindo muitos genes tradicionalmente associados com a resposta à seca. Amostras dos mesmos genótipos cultivados em casa de vegetação com ou sem irrigação foram utilizadas para análises de RNAseq. De um banco de dados contendo 43.141 genes, 2.300 (5.3%) foram diferencialmente expressos, incluindo genes novos e não caracterizados que possam ter papel importante na resposta à seca e estabelecimento da tolerância. A maioria dos genes identificados pelos microarranjos também foram detectados por RNAseq, havendo alta correlação entre as abordagens (0.78 e 0.84 para os genótipos tolerante e sensível, respectivamente). Após validações por RT-qPCR, genes relacionados à resposta a seca estão sendo utilizados para estudos de genômica funcional, objetivando desenvolver novas cultivares tolerantes a seca, seja através do melhoramento convencional ou das técnicas moleculares. / Sugarcane (Saccharum spp.) is a major crop in Brazil as feedstock for the sugar and ethanol industries. The Brazilian sugarcane industry has been expanding rapidly due to increased demand for biofuels. To attend the increasing ethanol demand and secure food production, sugarcane production must expand the cultivated area, incorporating land from \'cerrado\' and degraded pastures in Southeast and Western Brazil, areas characterized by a dry winter with a prolonged water deficit period. Drought-tolerant cultivars with higher yield potentials in such regions are desired for this expansion, and the elucidation of the molecular and physiological basis of drought tolerance in sugarcane is valuable for developing such cultivars. To investigate physiological and molecular mechanisms involved in tolerance to water deficit, different approaches based on field and greenhouse trials were evaluated, mainly focusing on phenotyping and gene expression profiling. The addition of polyethylene glycol (PEG) as a stress inducer in nutrient solution was also evaluated to simulate droughtresponse in hydroponically-grown sugarcane, as well as the solution\'s electrolyte leakage after exposure of leaf segments to methyl-viologen (Paraquat). Two genotypes previously selected were used to test the hypothesis of the mechanisms underlying on the differential response to drought, due to their behavior as contrasting genotypes, where \'IACPSP 94-2094\' was tested as drought-tolerant and \'IACSP 97-7065\' as drought-sensitive. When plants were hydroponically grown on solution containing 15% PEG, genotypic differences for leaf water potential and gas exchange were apparent after 72 h, whereas the improved oxidative response of the tolerant genotype after leaf-disk treatment with methyl-viologen suggested the potential of this approach to be used for early drought-tolerance screening. Ten genotypes including the two previously selected were evaluated for drought tolerance on field conditions at \'Jalles Machado\' sugarmill (Goianésia, GO), a drought-prone location. \'IACSP 94-2094\' showed enhanced features for drought tolerance (early stomatal closure; maintenance of leaf water potential and photochemical adjustment), absent in \'IACSP 97-7065\'. Molecular studies (microarrays, RNAseq and RT-qPCR) were also conducted using these genotypes, aiming to identify drought-resposive genes and confirm their roles on tolerance. From a set of 14,522 genes in a microarray chip, 91 (~0.63%) were differentially expressed between irrigated and non-irrigated treatment during early drought, whereas 576 (~4%) showed differential expression during severe drought between water treatments, including many genes traditionally associated with drought response. Samples from these same genotypes grown in greenhouse conditions under irrigation and water deprivation were used for gene expression profiling by RNAseq. From a sugarcane reference dataset with 43,141 genes, 2,300 (5.3%) genes were identified as differentially expressed, including novel and undescribed genes that might play a role in drought tolerance. Most genes identified as differentially expressed on microarrays were also observed for RNAseq, with high correlation between both approaches (0.78 and 0.84 for tolerant and sensitive genotypes, respectively). After validation, genes related to drought response have been used for functional genomics studies aiming the development of new cultivars tolerant to drought, either through conventional or molecular breeding.

A evapotranspiração pode ser responsável por mais da metade da saída de água de uma bacia hidrográfica, sendo uma variável importante para o balanço hídrico e para a estimativa da recarga. Nesse sentido, objetivou-se com este trabalho analisar a evapotranspiração de referência (ETo) e real (ETr) para a região de Jaboticabal-SP, assim como verificar a influência da umidade do solo na evapotranspiração. A variação da evapotranspiração de referência foi estudada a partir da interpretação de dados de uma bateria de seis lisímetros de drenagem (EToLis) e estimativas teóricas por três equações diferentes disponíveis na literatura (Tanque Classe A, Thornthwaite e Penman Monteith FAO 56 utilizando a radiação solar global estimada, observada e todas as variáveis observadas). A evapotranspiração real foi obtida por meio de dados de uma bateria de três lisímetros operando em condições reais de campo e a partir do balanço hídrico seqüencial de Thornthwaite e Mather (1955) utilizando a evapotranspiração de referência obtida pelos três modelos teóricos. Outros três lisímetros receberam irrigações esporádicas e obtiveram-se outros valores de evapotranspiração, a fim de comparar o comportamento da evapotranspiração sob três disponibilidades de água no solo. A análise estatística de correlação indica que as estimativas da ETo por equações teóricas comparadas à EToLis medida em lisímetro de drenagem não apresentaram bons índices de comparação e erro. Admitindo que a operação dos lisímetros não permitiu a determinação da ETo com boa confiabilidade, comparou-se os métodos com a equação de Penman Monteith FAO 56 utilizando todas as variáveis observadas. Observou-se ótima correlação entre a equação de Penman Monteith FAO 56 com os modelos utilizando a radiação solar global observada e estimada e com o Tanque Classe A. No tocante à evapotranspiração real, houve boas correlações entre os valores medidos pelos lisímetros e os valores estimados pelo balanço hídrico de Thornthwaite e Mather. Melhor correlação foi verificada quando se utilizou o valor da CAD calculada em função dos parâmetros físicos do solo. Os valores de ETr obtidos através do balanço hídrico utilizando a ETo estimada por Penman Monteith utilizando a radiação solar global observada apresentou a melhor correlação com os dados lisimétricos. Com relação à variação de umidade do solo, verificou-se um comportamento distinto entre as evapotranspirações observando um aumento da ET de acordo com o aumento do número de irrigações. / The evapotranspiration can be responsible for more than the half of the water that leaves a watershed, being an important variable for the water balance and for estimating the recharge. In this direction, the objective of this study was to analyse the reference (ETo) and actual (ETr) evapotranspiration for the region of Jaboticabal-SP, Brazil, as well as to verify the influence of the soil water content in the evapotranspiration. The variation of the reference evapotranspiration was studied based on data of a battery of six drainage lysimeters (EToLis) and tree different theoretical models were used (Tanque Classe A, Thornthwaite and Penman Monteith FAO 56 using the estimated and observed global solar radiation and all the variables observed). The actual evapotranspiration data were obtained from a battery of three lysimeters operating in real field conditions and from the water balance of Thornthwaite and Mather (1955), using as reference evapotranspiration the values from the three theoretical models. Others three lysimeters received irrigation sporadically and others values of evapotranspiration were measured, in order to compare the behavior of the evapotranspiration under three availabilities soil water content. The statistical correlation analysis indicates that the estimates of ETo from theoretical equations compared to the EToLis measured in lysimeter of draining did not present good indices of comparison and error. Aware that the operation of the lysimeters did not allow the determination of the ETo with good trustworthiness, one compared the methods with the equation of Penman Monteith FAO 56 using all the observed variables. An excellent correlation was observed between the equation of Penman Monteith FAO 56 with the models using observed global solar radiation and estimated and with Tanque Classe A. Regarding actual evapotranspiration, there were good correlations between the values measured for the lysimeters and the estimated values for water balance of Thornthwaite and Mather. The values of ETr through the water balance using the ETo esteem for Penman Monteith using the observed global solar radiation presented the best correlation with the lisimeters data. Regarding to the variation of soil water content, a distinct behavior was verified between the evapotranspirations in accordance with observing an increase of the ET the increase of the irrigation number.

A serrapilheira é compreendida como a camada acima do solo formada a partir de materiais que caem da vegetação, funcionando como um mecanismo de interceptação da chuva. Apesar do processo de interceptação ser significativo em áreas de florestas, geralmente esse processo é subestimado ou mesmo negligenciado em modelos hidrológicos, justificado pela dificuldade na obtenção desses dados. Este projeto propôs o desenvolvimento de um equipamento que permite realizar medidas em campo da interceptação da serrapilheira em área de cerrado sensu stricto. Com o equipamento desenvolvido, LID (Litter Interception Device), são realizadas medidas do volume de água retido na serrapilheira e do volume que passa pela serrapilheira, atingindo o solo. O LID foi testado e calibrado em laboratório utilizando chuva simulada de três diferentes intensidades sobre o equipamento, contendo três quantidades diferentes de serrapilheira, 2,97, 1,45 e 0,60 kg.m-2. As amostras de serrapilheira utilizadas nos testes foram retiradas de uma área experimental de mata nativa de cerrado sensu stricto, localizada no município de Itirapina, Estado de São Paulo. As intensidades utilizadas foram definidas a partir de uma curva Intensidade-Duração-Frequência (IDF) gerada para a área experimental. Além do bom funcionamento do LID, os testes serviram para determinar os parâmetros Cmax e Cmin (capacidade máxima e capacidade mínima de armazenamento, respectivamente) da serrapilheira do cerrado sensu stricto. Os resultados mostraram que com o LID são realizadas medições da taxa de retenção de água na serrapilheira (mm.min-1), bem como de sua evaporação (mm.min-1) com precisão. Os testes para calibração do pluviógrafo revelaram que as medidas eram sempre subestimadas, necessitando utilizar uma curva de calibração (R2 = 0,99) para corrigir os registros da intensidade que passa para o pluviógrafo. Os valores encontrados para os parâmetros Cmax (1,0 a 3,07 mm) e Cmin (0,78 a 2,27 mm) corroboram com os encontrados por outros autores para a serrapilheira de diferentes florestas. Verificou-se que a variável quantidade de serrapilheira (kg) influencia mais nesses valores, do que a intensidade da chuva (mm.h-1). Conclui-se com os resultados que o LID pode ser utilizado em estudos que pretendam analisar o papel da serrapilheira em processos hidrológicos, sejam estes para a determinação da interceptação da chuva em campo, ou mesmo na determinação de parâmetros em laboratório. / Forest litter is the layer above the ground of the forest formed by materials that fall from the vegetation itself. The vegetation materials are through various stages of decomposition, functioning as a mechanism of rainfall interception. Although the interception process is significant in forested areas, this process is usually underestimated or even neglected in hydrological models due to the difficulties on obtaining these data. We proposed the development of a device that allows the field measurements of the forest litter interception in a cerrado sensu stricto area. The Litter Interception Device (LID), was tested and calibrated in the laboratory. We used simulated rainfall with three different intensities to test the device and also three different amounts of litter, 0.100, 0.230 and 0.470 kg. The litter samples used in the tests were taken from an experimental area of cerrado sensu stricto located in Itirapina, State of São Paulo, Brazil. The intensities of simulated rainfall were obtained from an Intensity-Duration-Frequency (IDF) curve made for the experimental area. Besides the LID functioning tests, the device was tested to determine the parameters Cmax and Cmin (maximum capacity and minimum storage capacity, respectively) of the cerrado sensu stricto forest litter. The results showed that the LID allows measurements of the volume of water retained in the forest litter (mm.min-1) as well as its evaporation (mm.min-1). The pluviometer calibration tests revealed that the measurements were always underestimated, requiring a calibration curve (R2 = 0.99) to correct the volume records that flow to the tipping bucket pluviometer. The values found for Cmax (1.0 - 3.07 mm) and Cmin (0.78 - 2.27 mm) are according with those found by other authors for different kinds of forest litters. It was verified that the variation in the amount of forest litter (kg) influenced more in these values, than the rainfall intensity (mm.min-1) . We concluded that the LID can be used in studies that intend to analyze the role of the forest litter in hydrological processes, whether they area for the determination of the interception of rain in the field or even and in laboratory studies to determine interception parameters of forest litter.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_morgana_silva.pdf: 2722474 bytes, checksum: 9da7b789c8c0d3445e96692ab0d15b82 (MD5) Previous issue date: 2010-02-11 / The Water regime of a region is determined by the availability of soil water (both deficiency and excess) that can be estimated with acceptable accuracy using variables such as precipitation (entry of water into the ground) and evapotranspiration (output of water from the soil) through a system of water balance. The aim of this study was to determine and analyze the seasonal climatological water balance in the northern half and southern half of Rio Grande do Sul (RS) from 1977 to 2006, as RS has had a significant spatial variability of annual precipitation since in the southern half is lower than the Northern Half of the state. Specifically, it was analyzed the impact of weather systems on the water regime of RS in 2006. It has been used for the calculation of water balance, monthly data of average temperature and precipitation from 1977 to 2006, which was obtained from the National Institute of Meteorology - INMET (8th District of Meteorology) from 16 meteorological stations located in different ecoclimatic regions of the state. To calculate the water balance it was been used the method proposed by Thornthwaite and Mather (1955) and to calculate the evapotranspiration, the method of Thornthwaite (1948) was used the data from Bulletins of Climate Analysis from database of civil defense of RS and satellite images GOES-12 (Geostationary Operational Environmental Satellite) provided by the Center for Weather Forecasting and Climate Studies located at the National Institute for Space Research - CPTEC / INPE. The results for the study period (1977 to 2006) showed that the distribution of precipitation in RS was fairly uniform across the four periods of the year with record volumes of rainfall in the northern half of the state. It may be noted that the North Half of RS has presented over water throughout the year due to higher rainfall associated with lower evaporative rates. In the south, water deficits in JFM and OND has been observed, but these have been less than the excess water, so there is lack of water. In 2006 the northern half of RS, lack of water has not occurred, despite the occurrence of water deficits in the quarters of JFM, AMJ and OND. In the southern half in 2006, the reduced availability of water and increased water stress in relation to normal conditions have caused water shortages in JFM and OND on the coast. Factors that contributed to the occurrence of excess water above the water deficit during 2006 in the North Half and water shortages in the south of RS in JFM and OND on the coast, have been: highest frequency of Weather and Climate System event with severe weather conditions in the northern half of RS related to the southern half; the lowest frequency of Frontal System this year in the south of RS related to the climate normal period from 1977 to 2006 and the role of ENSO whose configuration in 2006 led to drought in southern Brazil, and therefore precipitation below normal in all quarters year. / O regime hídrico de uma região é determinado pela disponibilidade de água no solo (deficiência ou excesso), que pode ser estimada com aceitável precisão, utilizando variáveis como precipitação (entrada de água no solo) e evapotranspiração (saída de água do solo), através de um sistema de balanço hídrico. Como o Rio Grande do Sul (RS) apresenta uma variabilidade espacial significativa de precipitação anual, uma vez que na Metade Sul é inferior à da Metade Norte do Estado, o objetivo geral deste trabalho foi determinar e analisar sazonalmente os balanços hídricos climatológicos (BHC) para a Metade Norte e Metade Sul do RS, no período de 1977 a 2006. Mais especificamente, pretendeu-se analisar o impacto dos sistemas meteorológicos (SM) no regime hídrico do RS no ano de 2006. Foram utilizados, para o cálculo dos BH, dados mensais de temperatura média e precipitação pluvial do período de 1977 a 2006, obtidos no Instituto Nacional de Meteorologia - INMET (8° Distrito de Meteorologia) de 16 estações meteor ológicas distribuídas nas diferentes regiões ecoclimáticas do Estado. O método proposto por Thornthwaite e Mather (1955) foi utilizado para calcular os BHC e para calcular a evapotranspiração utilizou-se o método de Thornthwaite (1948). Para a análise do impacto dos SM no regime hídrico do RS no ano de 2006 utilizaram-se dados obtidos nos Boletins Climanálise, no banco de dados da defesa civil do RS e imagens do satélite GOES- 12 (Geostationary Operational Environmental Satellite) fornecidas pelo Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais CPTEC/INPE. Os resultados para o período de estudo (1977 a 2006) mostraram que a distribuição de precipitação no RS foi bastante uniforme nos quatro períodos do ano, com registro de maior volume pluviométrico na Metade Norte do Estado. Observou-se que a Metade Norte do RS apresenta excesso hídrico durante todo ano, devido aos maiores índices pluviométricos associados a menores índices evaporativos. Já na Metade Sul foram observados déficits hídricos em JFM e OND, mas estes foram inferiores aos excessos hídricos, portanto não ocorre falta de água. Em 2006 na Metade Norte do RS não ocorreu falta de água, apesar da ocorrência de déficits hídricos nos trimestres de JFM, AMJ e OND, uma vez que estes foram inferiores aos excessos hídricos. Na Metade Sul, em 2006, a menor disponibilidade de água e a maior deficiência hídrica em relação às condições normais, causaram falta de água em JFM e o no litoral em OND. Os fatores que contribuíram para a ocorrência de excedentes hídricos superiores aos déficits hídricos durante o ano de 2006 na Metade Norte e falta de água na Metade Sul do RS em JFM e no litoral em OND, foram: a maior frequência de sistemas convectivos de mesoescala (SCM) e de eventos com condições de tempo severo na Metade Norte do RS em relação à Metade Sul; a menor frequência de SF neste ano na Metade Sul do RS em relação à normal climatológica do período de 1977 a 2006 e a atuação do fenômeno ENOS cuja configuração em 2006 provocou estiagem na região sul do Brasil e, portanto precipitação abaixo da normal em todos os trimestres do ano.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Crop models are tools that can help to assist in decision making on crops management and also in studies of the impact of future climate scenarios. The objectives of this thesis were (i) to develop a cassava simulation model that takes into account the effects of soil moisture and CO2 concentration on growth, development and tuber yield, and (ii) to simulate cassava yield in future climate scenarios for the Rio grande do Sul State. Model calibration was performed with data collected from experiments conducted in Santa Maria in crop year 2010-2011 and 2013-2014. The evaluation of themodel was performed with independent data from experiments conducted in Santa Maria during the 2011-2012, 2012-2013, 2013-2014 and 2014-2015 gowing seasons and with data collected in a commercial farm in Vera-Cruz during the 2013-2014 and 2014-2015 growing seasons. The two soil water balance models used were Thornthwaite and Mather model and the Ritchie model. The response function to CO2 was calibrated from free air CO2 enrichment experiments. A graphical interface was written in Java, and the source code was written in FORTRAN. The climate change scenarios used in this study are the scenario SRES A1B (Cmip3) of the 4th IPCC report and the RCP4.5 (Cmip5) of the 5th IPCC report. This study allowed the calibration of different processes of growth and development for cultivars Fepagro - RS 14, Estrangeira, Cascuda, São José e Paraguaia with no limitation by water. It was possible to include two soil water balance sub-models, and a CO2 response function that was incorporated into the Simanihot model to be used in climate change scenarios for the Rio Grande do Sul. A cassava simulator called Simanihot with all these simulation options was developed and made available at the official web site of the simulator (www.ufsm.br/simanihot). From the simulations wit the two future climate scenarios, the results show an increasing trend of cassava productivity for the state of Rio Grande do Sul of up to 30 t ha-1, depending on the cultivar, scenario and planting date. Increase trends in yield were smaller for the Cmip5 compared to the Cmip3 for the cultivar Estrangeira and the opposite for the cultivar Fepagro - RS 13. In the three analyzed future periods (2010-2039, 2040-2069 and 2070-2099), changes in yield were steadly, being the higherstin the last future period (2070-2099), and among the planting dates, always higher in dates of 01/09 and 01/10. The region of te Rio grande do Sul State with greater changes in tuber yield is the northeast reagion, where currently is the coldest region in the State. / Modelos de culturas agrícolas são ferramentas que auxilias na tomada de decisões referentes ao manejo da cultura e também no estudo dos impactos de cenários climáticos futuros. Os objetivos desta tese foram (i) desenvolver um modelo de simulação da cultura da mandioca que considere o efeito da umidade do solo e da concentração de CO2 sobre o crescimento, desenvolvimento e produtividade de raízes tuberosas e (ii) simular a produtividade de mandioca em cenários climáticos futuros para o Rio Grande do Sul. A calibração foi realizada com dados coletados a partir de experimentos conduzidos em Santa Maria no ano agrícola 2010-2011 e 2013-2014. A avaliação do modelo foi realizada com dados independentes de experimentos em Santa Maria nos anos agrícolas 2011-2012, 2012-2013, 2013-2014 e 2014-2015 e com dados coletados em lavoura comercial em Vera-Cruz no ano agrícola 2013-2014 e 2014-2015. Os dois modelos de balanço hídrico do solo utilizados foram de Thornthwaite e Mather e de Ritchie. A função de resposta à CO2 foi calibrada a partir de trabalhos realizados em experimentos à campo de enriquecimento de CO2. A interface gráfica do modelo foi realizada em Java, e o código do modelo Simanihot foi escrito em linguagem FORTRAN. Os cenários de mudança climática utilizados neste estudo são o cenário SRES A1B (Cmip3) do 4º relatório do IPCC e o RCP4.5 (Cmip5) do 5º relatório do IPCC. Esse trabalho permitiu a calibração dos diferentes processos de crescimento e desenvolvimento para as cultivares Fepagro RS 14, Estrangeira, Cascuda, São José e Paraguaia na condição sem limitação por água. A partir dos estudos e experimentos realizados foi possível incluir dois submodelos de balanço hídrico no solo no modelo Simanihot, e foi criada uma função de resposta a CO2 e incluida no modelo Simanihot para ser usado nos cenários de mudança climática para o Rio Grande do Sul. Um simulador da cultura da mandioca denominado Simanihot, calibrado para seis cultivares, com duas opções de modelo de balanço hídrico e sensível a mudanças na concentração de CO2 na atmosfera foi construído e disponibilizado no site oficial do simulador (www.ufsm.br/simanihot). A partir das simulações realizadas com dois cenários climáticos futuros distintos (Cmip3 e Cmip5), os resultados indicam uma perspectiva de aumento da produtividade de mandioca para o estado do Rio Grande do Sul, com incremento na produtividade de raízes tuberosas de mandioca de até 30 t ha-1, dependendo da cultivar, cenário e época de plantio. As mudanças nas produtividades no cenário Cmip5 foram menores quando comparadas com o cenário Cmip3 na cultivar Estrangeira e maiores na cultivar Fepagro RS 13. Nos três períodos futuros analisados (2010-2039, 2040-2069 e 2070-2099), de uma maneira geral, as mudanças na produtividade foram aumentando gradativamente, sendo maiores no último período futuro (2070-2099), e entre as datas de plantio, sempre maiores nas datas de 01/09 e 01/10. A região do Rio Grande do Sul com maiores mudanças na produtividade é a região nordeste, região que no clima atual é a mais fria do Estado.

The activity of mineral extraction in the Valley of Paraíba do Sul River occurs in a vulnerable environment and is responsible for environmental impacts on the alluvial plain. When this activity is developed without technical criteria a predatory exploration results, generating changes in the environment and raising questions from the concerned community. Since 1993, several methodologies to recover degraded areas were proposed to minimize the impacts of the extraction of sand. Some produced positive results and others failed. This work had the objective to create a data basis in a Geographic Information System to evaluate the degree of impact of the activity of sand extraction in the alluvial plain of the Paraíba Valley, in the segment between Jacareí and Pindamonhangaba, for the period from 1992 to 2003 and to give support to licensing, monitoring of the environmental law enforcement and control of the activity of sand mining. Using the software SPRING and Landsat imagery, ETM+ scenes 218/76 and 219/76, a georeferenced database was created for production of maps and quantification of sand extraction areas. The use of images of different acquisition dates made it possible the assessment of the evolution of the activity in the area. Field work allowed the comparison of results from the two methods for degraded areas recovery, i.e. eforestation and natural regrowth. Using data from the weather station of the Department of Agrarian Sciences of the University of Taubaté and an EXCELTM spreadsheet, the climatological water balance and the potential evapotranspiration were calculated to estimate the amount of evaporation from the water surface left by the sand extraction process. Thus, it was possible to estimate the impact of water loss to the atmosphere due to this activity. The data basis integrated in a GIS platform developed in this work represented a technological advancement for the control actions and fiscalization and allowed the assessment of the area expansion and the impact of the loss of water for the atmosphere due to evaporation due to sand mining. / A atividade de extração mineral no Vale do Paraíba do Sul, praticada em um ambiente vulnerável, é responsável por alterações ambientais na planície aluvial. Essa atividade quando conduzida sem critérios técnicos se constitui numa exploração predatória e gera alterações no Meio Ambiente e pressões por parte da comunidade. Desde 1993, várias etodologias de recuperação de áreas degradadas foram propostas para minimizar os impactos da extração de areia. Alguns produziram resultado e outras não. Esse trabalho teve por objetivo criar um banco de dados baseado em um Sistema de Informações Geográficas para se avaliar a evolução e o grau de interferência da atividade de extração de areia na planície aluvial do Vale do Paraíba, no trecho entre Jacareí e Pindamonhangaba, no período de 1993 a 2003 e, dar suporte ao licenciamento, fiscalização e controle da atividade de mineração de areia. Utilizando-se o software SPRING e imagens do satélite Landsat sensor ETM+, cenas 218/76 e 219/76, produziu-se um banco de dados georreferenciado para produção de mapas e quantificação da área ocupada pela extração de areia. A incorporação de imagens de diferentes períodos possibilitou acompanhamento da evolução da atividade na região. Avaliações em campo permitiram a comparação dos resultados obtidos na recuperação de áreas degradadas com revegetação e regeneração natural. Utilizando-se os dados da estação climatológica do Departamento de Ciências Agrárias da UNITAU e uma planilha desenvolvida em ambiente EXCELTM, foi calculado o Balanço Hídrico Climatológico e a estimativa de evapotranspiração potencial, utilizada para se estabelecer a evaporação causada pelas cavas de areia resultantes da mineração. Dessa forma, com a área total de lagos artificiais obtidas do banco de dados georreferenciado foi possível calcular o volume de água perdido para atmosfera por evaporação e a relevância dessa perda no Balanço Hídrico da Bacia Hidrográfica do rio Paraíba do Sul. O SIG produzido a partir deste trabalho representou um avanço tecnológico para as ações de controle e fiscalização; possibilitando conhecer quantitativamente a evolução da área minerada, e avaliar o impacto da perda de água para a atmosfera por evaporação.

O projeto foi desenvolvido na Embrapa Pecuária Sudeste (São Carlos/SP) no ano de 2007. A primeira etapa consistiu de um experimento em casa-de-vegetação avaliando-se o desenvolvimento da Brachiaria brizantha cv. Marandu sob déficit hídrico durante o período de estabelecimento. Os tratamentos foram representados pela suspensão da irrigação em diferentes épocas do estabelecimento (semeadura, germinação e inicio do perfilhamento) até que o solo apresentasse teor de água equivalente a 75, 50 e 25% da umidade na capacidade de campo (%Ucc), além da testemunha que sem restrição hídrica. As avaliações de número de perfilhos surgidos por vaso, folhas verdes por perfilho e altura de planta foram realizadas semanalmente, iniciando-se quando 50% das plantas emitiram os perfilhos primários, até a quinta avaliação. Uma coleta de biomassa foi realizada aproximadamente 30 dias após o término do último tratamento, fracionado-a em colmos, folhas, material senescente e raízes, período em que o solo foi mantido próximo da Ucc. A segunda etapa foi representada por um experimento, tendo por objetivo avaliar o desenvolvimento e as características produtivas do capim-marandu em cultivo solteiro e consorciado com o milho (Zea mays L.) e do milho em consórcio com o capim-marandu, sob déficit hídrico em estádios críticos. O experimento foi realizado em campo durante o período de 04/04 a 16/09/2007, utilizando-se um delineamento em blocos completos com esquema em parcelas sub-divididas e três repetições. Nas parcelas foram alocados os tratamentos de déficit hídrico e nas sub-parcelas o tipo de cultivo (solteiro ou consorciado). A irrigação foi suspensa em dois estádios de desenvolvimento do capim-marandu (geminação e perfilhamento) e do milho (V4 e V15) e retornada quando o teor de água no solo apresentava umidade equivalente a 25% da capacidade de armazenamento de água (CAD). A densidade populacional de perfilhos e a altura de plantas de capimmarandu foram avaliadas semanalmente. A massa seca da parte aérea e a área foliar do capim-marandu e do milho foram determinados no momento do pendoamento do milho. Além disso, a massa seca e a área foliar do capim-marandu e os componentes da produção do milho foram avaliados no momento da coleta de grãos. Os resultados demonstraram que o déficit hídrico, em plantas cultivadas em vaso, suficiente para que o teor de água no solo apresentasse 25%Ucc, reduziu o perfilhamento primário das plantas assim como a produção de biomassa, independentemente do estádio em que a irrigação foi suspensa. Porém, quando o déficit foi realizado em condições de campo, observou-se apenas uma redução no perfilhamento inicial da plantas, não afetando a produção de massa seca quando houve um período de recuperação mínimo de 75 dias. A densidade populacional de perfilhos e a massa seca de parte aérea do capimmarandu foi menor no cultivo consorciado. A produtividade do milho não foi influenciada pelos déficits hídricos, indicando que o nível de 25%Ucc não foi suficiente para provocar estresse severo às plantas de milho nas condições experimentais avaliadas. / Two experiments were held at Embrapa South-East Cattle Research Center (São Carlos, Sp, Brazil) in 2007 to determine the effect of limited water supply over Brachiaria brizantha and Zea mays plants development when cultivated on single or on croplivestock integrated systems. The effect of water supply restriction on the initial development of Brachiaria brizantha was evaluated in a green-house experiment. The pots were arranged in a factorial design (3x3+1) with replicate blocks. Treatments were the combination of conditions for interruption of water supply, based on plant development (seeding, germination and initial tillering), and for return of watering, based on soil humidity (75, 50 and 25% of soil field capacity). A control treatment, with no water restriction, was additionally established. The number of tillers per plant and the number of green leaves per tiller were evaluated weekly, for five weeks after first tillers appeared. The plants were harvested 30 days after the last water restriction period for determination of shoots, roots, stems, leaves and senescente tissues dry mass. Besides that, a field experiment was conducted between April and September/2007. A split-plot experimental design in replicate blocks was used. Periods of irrigation interruption were assigned to main plots and single (Brachiaria brizantha) or integrated (Brachiaria brizantha + Zea mays) systems were assigned to sub-plots. Irrigation was interrupted according to plants developmental stages: germination and initial tillering of Brachiaria brizantha and V4 and V15 phenological phase of Zea mays. For all treatments, irrigation was returned when soil humidity was 25% of its total water storage capacity. Tillers population density and height of Brachiaria brizantha plants were evaluated weekly. Shoot dry mass and leaf area of both Brachiaria brizantha and Zea Mays plants were evaluated when Zea mays plants flowered. Besides that, Brachiaria brizantha shoot dry mass and leaf area and corn production were evaluated at the moment of corn harvest. In the green-house experiment, initial tillering was postponed and plants dry mass was reduced when water supply was interrupted until 25% of soil field capacity humidity; on field condition, just tillering was reduced by water stress. Tillers population density and shoot dry mass of Brachiaria brizantha plants cultivated with Zea mays were lower than those of the single-treatment. Irrigation interruption did not affect corn production in the field experiment, suggesting that 25% of total soil water storage capacity was not sufficient to determine severe stress on plants in the environmental conditions of the experiment.

O Sistema Nacional de Informações de Recursos Hídricos (SNIRH) ainda não monitora todos os rios brasileiros. Esta carência de informações reflete em falhas na estimativa da disponibilidade hídrica para os usos múltiplos da água. Nesse contexto, os modelos hidrológicos destacaram-se por tentar suprir essa insuficiência de dados. Entretanto, nota-se que muitos modelos não geram bons resultados quando executados fora da área de estudo onde foram criados. Por isso, devido à flexibilidade na escolha dos processos hidrológicos a serem simulados, este trabalho utilizou o framework JAMS (Jena Adaptable Modelling System) na construção de um modelo chuva-vazão específico para a bacia piloto do Ribeirão da Onça, a qual está inserida em zona de afloramento de um dos mais importantes aquíferos do mundo, o Sistema Aquífero Guarani (SAG). O JAMS apresentou-se como um sistema simplificado e flexível diante das adaptações necessárias para tratar e gerar dados compatíveis com as características climatológicas e hidrológicas da área de estudo. O modelo construído mostrou-se eficiente na predição da resposta hidrológica da bacia avaliada, apresentando um coeficiente de Nash-Sutcliffe de 0,76 e 0,81, para os períodos de calibração e validação do modelo, respectivamente. Foi ainda satisfatória a predição do volume escoado, apresentando uma porcentagem de viés de -1.13 e -1.03% para os dois períodos. A reconstituição da série histórica de vazão mostrou que o escoamento de base representa de 79 a 89% do escoamento total anual da bacia do Ribeirão da Onça. Portanto, o modelo construído torna-se uma importante ferramenta para a reconstituição da série histórica dos dados fluviométricos da bacia do Ribeirão da Onça, importante para o aperfeiçoamento dos estudos de recarga e proteção do SAG. / The National System of Information Resources (SNIRH) has not monitored all Brazilian rivers. This lack of information reflects in the fault estimation of water availability for the multiple uses. In this context, the hydrological models stood out for trying to address this lack of data. However, it is noted that many models do not generate good results when performed outside of the study area where they were created. Therefore, due to flexibility in the choice of hydrological processes to be simulated, this study used the framework JAMS (Jena Adaptable Modelling System) in the construction of a specific rainfall-runoff model to the basin of the Ribeirão da Onça monitored watershed, which is embedded in an outcrop area of one of the most important aquifers in the world, the Guarani Aquifer System (SAG). The JAMS presented as a simplified and flexible for use on the necessary adaptations to process and generate consistent data with the climatological and hydrological characteristics of the study area. The constructed model was effective in predicting the hydrological response of the basin evaluated, with a Nash-Sutcliffe coefficient of 0.76 and 0.81, for periods of calibration and validation of the model, respectively. It was also satisfactory prediction of runoff volume, with a bias of -1.3 and -1.03% for the two periods. The runoff time series reproduction showed that the baseflow represents from 79 to 89% of the annual total runoff in the Ribeirão da Onça watershed. Therefore, the constructed model becomes an important tool for reconstruting the time series fluviometric data from Ribeirão da Onça basin, important for the improvement of the recharge studies and SAG protection.