Living shorelines are designed to address coastal erosion and their use is encouraged over that of hard structures such as sea walls and bulkheads because they provide habitat, improve water quality and stabilize shorelines. Objectives of this study were to: (i) Compare soil Nitrogen [N], Phosphorus [P], Organic Carbon [OC], organic matter (SOM) and soil bulk density between living, hardened and natural shoreline to determine if soil present within living shorelines is comprised of higher SOM and lower bulk density, that encourage marsh growth, as compared to hardened shorelines. (ii) Use an experimental mesocosm to test the effect of shoreline substrate types (living vs hardened vs natural) and nitrogen loading (at four concentration 0, 12, 24, 36 ml) on the growth of Spartina alterniflora. No previous study has documented the growth of Spartina in response to inorganic N loading at various shoreline substrate types. My results show living shoreline has significantly lower soil bulk density [F 2, 138 = 10.79, p <0.01] and higher SOM content than hardened shoreline [F 2, 138 = 10.26, p <0.01]. Combinations of N addition decreased plant’s root-shoot ratio and resulted in increased dry shoot weight. These results indicate that living shoreline is capable of trapping sediments within the nearshore environment, contributing to vertical marsh accretion by accumulation of organic matter, in the face of sea level rise. Findings from this research provide insights to local government, planners, developers and consultants on the benefits of living shoreline structures for the purpose of best shoreline management practice.

Thesis (MScAgric)--Stellenbosch University, 2012 / ENGLISH ABSTRACT: Biochar has been labelled to be a key factor in the global carbon mitigation act and has been described as the modern day equivalent (terra nova) to the terra preta dark earth soils of the Brazilian Amazon. Globally biochar has been evaluated as a means to improve soil fertility and to mitigate greenhouse gases (GHGs). Little research has however been published on the effects of biochar incorporation on soil physical properties. The objective of this study was to evaluate the effect of pine sawmill waste derived biochar (locally-produced via slow pyrolysis – 450°C) on selected soil physical properties, soil-water dynamics and crop production and- performance, when amended to a Kroonstad (Kd 1000 – Morgendal) soil form. This soil form is commonly found in the Western Cape area (South Africa) and can be classified as having low agricultural suitability for perennial- and annual crop species. Two pot trials were carried out in an atmospheric controlled greenhouse, where winter wheat and green beans respectively were planted, with five different application levels of biochar (0t/ha, 1t/ha, 10t/ha, 50t/ha and 200t/ha). Soil physical properties namely, water-stable aggregates, bulk density and water-retention capacity along with physiochemical characterisation of the sandy soil and biochar was determined. The water-use was monitored throughout the trials (evapotranspiration, volumetric water content and biomass water use efficiency, BWUE). The above- and below ground (specific leaf traits for the green bean and the root structural development for the winter wheat) biomass was collected and analysed at harvest. There was significantly higher volumetric water content measured for the 50t/ha and 200t/ha biochar treatments. This effect can be ascribed due to a change in the soil’s tortuosity and porosity where more meso- and micro-pores were present as the biochar rate increased. The same results were evident when a water-retention curve was established in vitro by means of the sandbox method. The bulk densities were only significantly lower for the 200t/ha biochar treatments. The wheat root systems differed greatly among the fertilised biochar treatments: the 50t/ha and 200t/ha treatments had a more complex fibrous root system (more extensive branching and thinner roots) than 0t/ha, 1t/ha and 10t/ha application levels. This is attributed to the increased water-holding capacity along with a reduction of N- and P availability with increasing addition of biochar. Several leaf traits were measured for the green bean crops; however the leaf nitrogen- and carbon content, chlorophyll content index (CCI) and carbon isotope fractionation yielded the most interesting findings. Concerning the fertilised biochar treatments, there was established that the 10t/ha treatments had the highest leaf nitrogen- and carbon content. The leaf chlorophyll content did not differ significantly between the fertilised biochar treatments; however a very interesting observation was evident regarding the measured leaf CCI for the unfertilised treatments. A decreasing trend and lower leaf CCI was measured as the biochar application levels increased. This effect was ascribed to be due to a decrease in N uptake by the plants as the biochar application increased, the C/N ratio also increased, and this leading to N immobilisation. The lowest leaf carbon isotope fractionation was measured for the 10t/ha fertilised treatments and is inversely correlated with BWUE and therefore endorses the conclusion that the 10t/ha biochar application had a positive effect on the long term water use efficiency for the green bean plants. Biochar promoted aggregation in the sand-rhizosphere interface for winter wheat, increased water-holding capacity and enhanced crop performance for green beans. The findings reported here provide new information on the effect of biochar on the structural development of sandy soil, combined with biochar- and root growth effects for winter wheat; along with detailed interpretations of specific leaf traits associated with crop production for commercial green beans. The addition of biochar at low application levels (approximately 1-10t/ha to 15 cm depth) increased the biomass yield and water use efficiency of the crop species. Besides long term carbon storage, biochar can have immediate positive effects on the physical properties of sand and plant growth. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Biokoolstof word beskou as ‘n sleutel komponent rakende die wet op globale koolstofvermindering en is al beskryf as die moderne ekwivalent (terra nova) van die terra preta donker-aardgronde wat aangetref word in die Brasiliaanse Amasone. Wêreldwyd word biokoolstof tans geëvalueer met die doel om grondvrugbaarheid te verbeter asook kweekhuisgasse (KHG) se nadelige gevolge te verlig. Min navorsing was tot dus ver gedoen rakende die uitwerking met toediening van biokoolstof op grondfisiese-eienskappe. Die doel van hierdie studie was om die effek van biokoolstof, wat afkomstig is van denne-saagmeul-afval (plaaslik geproduseer is en d.m.v. stadige perolise - 450°C) te evalueer aangaande die volgende faktore: geselekteerde grondfisiese-eienskappe, grond-waterdinamika interaksie en die uitwerking op gewasproduksie; met toediening aan 'n Kroonstad (Kd 1000 - Morgendal) grondvorm. Hierdie grondvorm word as algemeen in die Wes-Kaap (Suid-Afrika) bestempel en kan geklassifiseer word as ‘n lae-geskiktheid landbougrond vir meerjarige- en eenjarige gewasse. Twee potproewe is uitgevoer onder beheerde atmosfeer in ‘n kweekhuis, waar winter koring en groenbone geplant is, met vyf verskillende behandelings van biokoolstof (0t/ha, 1t/ha, 10t/ha, 50t/ha en 200t/ha). Die volgende grondfisiese-eienskappe is ondersoek, naamlik water-stabiele aggregaat formasie, bulkdigtheid en waterhouvermoë, asook die fisiochemiese karakterisering van die sanderige grond en biokoolstof wat gebuik is. Waterverbruik is gedurende die proewe gekontroleer (evapotranspirasie, volumetriese waterinhoud en die biomassa se water verbruiksdoeltreffendheid, BWVD). Die bo- en ondergrondse biomassa, spesifiek die blaareienskappe van die groenboontjie en die strukturele ontwikkeling van die winter koring se wortels, is tydens die oes ondersoek en ontleed. Die volumetriese waterinhoud was betekenisvol, asook hoër vir die 50t/ha en 200t/ha behandelings. Hierdie effek word toegeskryf as gevolg van 'n verandering in die grond se kronkeligheid en porositeit; waar meer meso- en mikroporieë teenwoordig was soos die biokoolstof inhoud toegeneem het. Dieselfde resultate was verkry met die opstelling van ‘n water-retensie kurwe in vitro d.m.v. die Sandboks metode. Bulkdigtheid was slegs betekenisvol verskilled asook aansienlik laer vir die 200t/ha biokoolstof behandelings. Die koring se wortelstelsel het drasties verskil tussen die verskillende bemeste biokoolstof behandelings: die 50t/ha en 200t/ha behandelings het 'n meer komplekse en veselagtige wortelstelsel gevorm (hoër graad van vertakking en dunner wortels was aanwesig) as die 0t/ha, 1t/ha en 10t/ha behandelings. Die effek word toegeskryf aan die toenemende waterhouvermoë, tesame met 'n tekort aan N- en P-beskikbaarheid soos die biokoolstof toedieningshoeveelhede verhoog het. Verskeie blaareienskappe is gemeet vir die groenboon gewasse, maar die blaar stikstof- en koolstof-inhoud, chlorofil inhoud indeks (CII) en koolstof-isotoop fraksionering het die mees interessante bevindinge opgelewer. Die hoogste blaar stikstof-en koolstof-inhoud is gemeet vir die 10t/ha bemeste biokoolstof behandelings. Die blaar chlorofil inhoud het nie beduidend verskil tussen die bemeste biokoolstof behandelings nie, maar daar was egter 'n baie interessante waarneming vir die onbemeste biokoolstof behandelings. ‘n Tendens was aanwesig waar die CII afgeneem het soos die biokoolstof toedieningshoeveelheid ook afgeneem het vir die onbemeste behandelings. Die effek word toegeskryf as gevolg van 'n afname in N-opname deur die plant soos die biokoolstof toedieningshoeveelheid verhoog is en tot gevolg gehad het dat die C/N-verhouding ook toegeneem het, wat gelei het tot N-immobilisasie. Die laagste blaar koolstof-isotoop fraksionering was geassioseer met die 10t/ha bemeste biokoolstof behandelings en is omgekeerd gekorreleerd met BWVD en onderskryf dus die gevolgtrekking dat die 10t/ha biokoolstof behandeling 'n positiewe uitwerking het op die langtermyn waterverbruiksdoeltreffendheid vir groenboontjie plante. Biokoolstof het aggregasie bevorder binne die wortelsone, asook deurgans die waterhouvermoë verhoog en gewasproduksie verbeter. Hierdie bevindinge lewer nuwe inligting oor die effek van biokoolstof op die strukturele ontwikkeling van sanderige grond en die gekombineerde interaksie met biokoolstof toediening en hoe dit wortegroei beïnvloed van winter koring; asook 'n gedetailleerde interpretasie van spesifieke blaareienskappe wat verband hou met die produksie van gewasse vir kommersiële verbouing soos die groenboontjie. Die toediening van biokoolstof by die lae hoeveelhede (ongeveer 1-10t/ha tot op 15 cm diepte) het die opbrengs en waterverbruiksdoeltreffendheid van die gewasse verbeter. Behalwe vir die langtermyn koolstofvaslegging, kan biokoolstof toediening onmiddellike positiewe resultate teweeg bring aangaande die fisiese eienskappe van sandgronde en plantegroei.

O desmatamento e conseqüente uso da terra para pecuária e agricultura são as principais atividades causadoras das emissões de gases do efeito estufa no território brasileiro. Nos últimos 30 anos essa prática tem sido mais intensa no arco do desmatamento da Amazônia, e em particular, nos Estados de Rondônia e Mato Grosso. Atualmente, essa região se constitui na maior área de expansão agrícola do mundo e por isso, faz-se necessário avaliações mais aprimoradas das emissões de gases do efeito estufa. Para avaliar essas emissões é necessário inicialmente, estimar os estoques de carbono do solo e vegetação, antes da intervenção humana. O objetivo desta pesquisa foi estimar os estoques de carbono dos solos dos Estados de Rondônia e Mato Grosso e assim, auxiliar nos cálculos futuros da emissão de gases do efeito estufa devido à mudança do uso da terra. A presente estimativa foi efetuada através das seguintes etapas: constituição de uma base de dados georreferenciados com informações compiladas da literatura, estimativa das densidades dos solos para os perfis onde essa informação é inexistente, padronização das camadas de solos avaliadas através ajuste vertical da profundidade do perfil e finalmente, cálculo dos estoques de carbono do solo. A superfície dos estados de Rondônia e Mato Grosso foi dividida em 11 ecorregiões geradas através da sobreposição de mapas temáticos sobre solos, clima, vegetação nativa, topografia entre outros utilizando-se um Sistema de Informação Geográfica. Essa divisão em ecorregiões é uma recomendação do manual, produzido pelo Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas, que trata dos procedimentos oficiais para estimativa de emissão de gases do efeito estufa em nível nacional. As estimativas dos estoques de carbono foram efetuadas para cada um dos 15 grupos de solos existentes para cada uma das 11 ecorregiões. Os estoques médios de carbono dos solos (expressos em kg C m-2) para cada ecorregião apresentaram os seguintes valores: Alto Xingu (8,7); Bacia Sedimentar do Paraná (9,6); Chapada dos Parecis (12,3); Depressão Araguaia (6,7); Depressão Cuiabá-Paranatinga e região Serrana (10,4); Depressão Guaporé (15,2); Nordeste do Mato Grosso (11,2); Norte do Mato Grosso (9,8); Norte de Rondônia (8,7); Pantanal (7,5) e Rondônia Central (10,4). A integração dos cálculos dos estoques de carbono dos solos de cada uma das 11 ecorregiões que cobrem 1.128.000 km-2 aponta valores de 5,7&#177;0,7 Pg C e 10,4&#177;1,3 Pg C, respectivamente para as camadas 0-30 cm e 0-100 cm. Considerando apenas a camada 0-100 cm pode-se inferir que o total de 10,4 Pg C representa 0,7% do total de carbono estocado nos solos do globo (1576 Pg C). Esse valor é expressivo uma vez que estão concentrados em uma área de 1,12 milhões de km-2, ou seja, 0,008% da superfície total (cerca de 135,21 milhões de km2) dos solos do mundo. As informações aqui geradas são fundamentais para o projeto temático em desenvolvimento no Laboratório de Biogeoquímica Ambiental do CENA/USP, que trata das emissões de CO2 para atmosfera, geradas a partir da decomposição da matéria orgânica devido ao desmatamento e uso agrícola do solo nos Estados de Rondônia e Mato Grosso. / Deforestation and consequent land use for agriculture and husbandry are the main activities that cause greenhouse gas emissions in the Brazilian territory. In the last 30 years these practices have been more intense at the Amazon deforestation arch, particularly in the States of Rondônia and Mato Grosso. Presently, the region represents the largest area of agricultural expansion in the world; therefore, it is necessary to better assess its greenhouse gas emissions. In order to evaluate those emissions it is initially necessary to estimate carbon stocks in soils and vegetations, previously to human intervention. The main objective of the present research was to estimate soil carbon stocks for Rondônia and Mato Grosso states and then assist in the future calculations of greenhouse gas emissions due to land use change. The present estimates were performed by developing the following tasks: constitution of a georreferenced data base with information compiled from the literature, estimate soil bulk density for profiles in which this information does not exist, standardization of soil layers through vertical adjustment of soil profile depth and finally, calculation of soil carbon stocks. The surface of Rondônia and Mato Grosso states was divided in 11 ecoregions generated by overlying thematic maps of soils, climate, native vegetation, topography and others through a Geographic Information System. This division in ecoregions is a recommendation from the guideline produced by the Intergovernmental Panel on Climate Change, that brings the official procedures to estimate the greenhouse gas emission for national scales. The soil carbon stock estimates were done for each one of the 15 soil groups in each of the 11 ecoregions. The mean soil carbon stocks (expressed in kg C m-2) for each ecoregion presented the following values: Alto Xingu (8.7); Bacia Sedimentar do Paraná (9.6); Chapada dos Parecis (12.3); Depressão Araguaia (6.7); Depressão Cuiabá-Paranatinga e região Serrana (10.4); Depressão Guaporé (15.2); Nordeste do Mato Grosso (11.2); Norte do Mato Grosso (9.8); Norte de Rondônia (8.7); Pantanal (7.5) e Rondônia Central (10.4). The integrated soil carbon stock calculations of each one of the 11 ecoregions that cover 1.128.000 km-2 showed values of 5.7&#177;0.7 Pg C and 10.4&#177;1.3 Pg C, for the 0-30 cm and 0-100 cm soil layers, respectively. Considering only the 0-100 cm soil layer it is possible to infer that the total of 10.4 Pg C represents 0.7% of the total carbon stored in the world soils (1576 Pg C). This is a meaningful value since it is concentrated in an area of 1.12 million km-2, i.e., 0.008% of the global soil surface (about 135.21 million km2). The information generated in the present research is essential for the thematic project that has been carried on by the Laboratório de Biogeoquímica Ambiental - CENA/USP, related to the CO2 emissions to the atmosphere, generated from soil organic matter decomposition due to deforestation and agricultural use of soils from Rondônia and Mato Grosso states.

Alguns dos mais freqüentes parâmetros utilizados como indicadores de qualidade do solo são: resistência tênsil de agregados (RT); densidade do solo (Ds); textura e curva de retenção de água do solo (CRAS). O objetivo deste estudo foi avaliar e desenvolver métodos para a determinação destes parâmetros e testar o uso de condicionadores químicos na redução do caráter coeso de solos, propondo alterações que tornem esses parâmetros mais precisos. Para RT foi proposto o uso do dinamômetro IMPAC, como equipamento alternativo ao KALATEC. Foram utilizados agregados (diâmetro 22,2 mm) do horizonte diagnóstico de um ARGISSOLO ACINZENTADO coeso, localizados em Pacajus-CE. Na determinação da Ds, avaliou-se a viabilidade do uso de um verniz automotivo como revestimento, substituto à resina saran na impermeabilização de agregados. Foram realizados ensaios preliminares para estabilidade desses agregados, número de imersões no verniz e tempo de secagem. Para validação da metodologia foram utilizados, além dos solos coesos e não coesos de Pacajus-CE, outros cinco solos, coletados em Piracicaba-SP. Na seleção da metodologia para análise granulométrica (AG) foram testados seis métodos: hidrômetro (com uma e quatro leituras); pipeta; micro-pipeta; método rápido e o do IAC, em 20 amostras de TFSA dos horizontes A e/ou B provenientes de 16 perfis de solos representativos dos estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul, com teores de argila entre 6 e 81 %. A comparação entre os métodos supracitados foi realizada com base em: ajuste por regressão linear entre as frações granulométricas determinadas pelo método da pipeta versus os demais; mudanças na classe textural indicadas no triângulo textural; e o melhor ajuste entre a fração argila e a umidade do solo retida na tensão 1500 kPa. Dados de retenção da água no solo, obtidos a partir do equipamento WP4-T, foram ajustados pelo modelo proposto em Genuchten (1980). Para avaliar o uso de condicionadores químicos na redução do caráter coeso de solos, a partir de medidas da RT, foram testados dois polímeros aniônicos (PAM). No Brasil, utilizaram-se os agregados coesos de Pacajus-CE, nos quais aplicou-se PAM por capilaridade. Na Austrália, usaram-se agregados de um solo hardsetting e o PAM foi aplicado com spray (líquido) ou a lanço (sólido), combinado com condicionadores a base de cálcio (sulfato e cloreto). Os valores da RT determinados por ambos os equipamentos (IMPAC e KALATEC) não diferiram entre si. No entanto, o IMPAC reduziu em quase 50 % o tempo de análise, com exatidão e precisão satisfatórias, o que reitera sua viabilidade em substituir o KALATEC. Os resultados da Ds demonstraram que o verniz automotivo Lazzudur é uma excelente alternativa à resina saran, além de reduzir o custo e o tempo de análise. Com relação à escolha do método para AG, a comparação entre os métodos mostrou que o do hidrômetro com uma leitura como uma alternativa viável, devido a sua simplicidade nos procedimentos de análises. A aplicação de PAM nos agregados dos solos coesos de Pacajus-CE não diminuiu a sua RT, sugerindo-se a redução das taxas aplicadas. A aplicação de PAM combinado com gesso refletiu na melhoria da qualidade física dos solos coesos da Austrália, reduzindo os valores da RT desses solos. / Some of the most common parameters used as indicators of soil quality are tensile strength of aggregates (TS), bulk density (Bd), texture and soil water retention curve (SWRC). The aims of this work were to: (i) evaluate and develop methods for determining these parameters; (ii) test the use of the chemical conditioners in reducing the character of cohesive soil. The less expensive IMPAC dynamometer was proposed to TS analysis, as alternative equipment to KALATEC. Aggregates (22.2 mm diameter) from cohesive soil Ultisol, located in northeast of Brazil were used. The feasibility of using automotive varnish to coat soil clods for bulk density measurement was evaluated for replacing SARAN resin. Preliminary tests were conducted to determine the clod stability, the number of immersions of clod in the varnish and drying time of the varnish. To confirm this methodology, clods of the cohesive and not cohesive Ultisol soil from northeast of Brazil and the other five soils from southern of Brazil were used. Six methods were evaluated for measuring particle size analysis (PSA): Hydrometer (with one and four readings); pipette, micro-pipette, \"rapid method\" and IAC method (Brazilian institute) using 20 samples of the A and/or B horizons of air dried soil from 16 soil profiles more significant of Santa Catarina and Rio Grande do Sul States, with clay range from 6 to 81 %. The comparison among these methods was conducted by: fitting linear regression between the pipette method versus the other; changing in textural class in the textural triangle; and the best fitting between fraction clay and soil moisture hold in 1500 kPa tension. Soil water retention data by WP4-T equipment were fitted by the model proposed in Genuchten (1980). Changes of TS of the cohesive soil after treatment with two kinds of anionic polymer (PAM) were investigated. In Brazil, clods from northeast were used and the PAM was applied by capillarity in the laboratory. In Australia, clods of a hardsetting soil were used and the PAM was applied by spray (liquid) or spread (solid), besides of conditioners based calcium (chloride and sulfate). No significant difference was detected at TS values determined by both of equipments tested. However, IMPAC equipment reduced time of analysis by almost 50%, with high accuracy, as a result it can replace the KALATEC equipment. Bulk density data showed that the automotive varnish is an excellent alternative to SARAN resin. The simpler procedure for determination of PSA was the hydrometer method (one reading), consequently, it was preferred than the other. The application of PAM at cohesive soils, from northeast of Brazil, did not reduce TS due to the high PAM concentration used in this study. This result suggests to need to reduce PAM rates. Gypsum an

O desmatamento e conseqüente uso da terra para pecuária e agricultura são as principais atividades causadoras das emissões de gases do efeito estufa no território brasileiro. Nos últimos 30 anos essa prática tem sido mais intensa no arco do desmatamento da Amazônia, e em particular, nos Estados de Rondônia e Mato Grosso. Atualmente, essa região se constitui na maior área de expansão agrícola do mundo e por isso, faz-se necessário avaliações mais aprimoradas das emissões de gases do efeito estufa. Para avaliar essas emissões é necessário inicialmente, estimar os estoques de carbono do solo e vegetação, antes da intervenção humana. O objetivo desta pesquisa foi estimar os estoques de carbono dos solos dos Estados de Rondônia e Mato Grosso e assim, auxiliar nos cálculos futuros da emissão de gases do efeito estufa devido à mudança do uso da terra. A presente estimativa foi efetuada através das seguintes etapas: constituição de uma base de dados georreferenciados com informações compiladas da literatura, estimativa das densidades dos solos para os perfis onde essa informação é inexistente, padronização das camadas de solos avaliadas através ajuste vertical da profundidade do perfil e finalmente, cálculo dos estoques de carbono do solo. A superfície dos estados de Rondônia e Mato Grosso foi dividida em 11 ecorregiões geradas através da sobreposição de mapas temáticos sobre solos, clima, vegetação nativa, topografia entre outros utilizando-se um Sistema de Informação Geográfica. Essa divisão em ecorregiões é uma recomendação do manual, produzido pelo Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas, que trata dos procedimentos oficiais para estimativa de emissão de gases do efeito estufa em nível nacional. As estimativas dos estoques de carbono foram efetuadas para cada um dos 15 grupos de solos existentes para cada uma das 11 ecorregiões. Os estoques médios de carbono dos solos (expressos em kg C m-2) para cada ecorregião apresentaram os seguintes valores: Alto Xingu (8,7); Bacia Sedimentar do Paraná (9,6); Chapada dos Parecis (12,3); Depressão Araguaia (6,7); Depressão Cuiabá-Paranatinga e região Serrana (10,4); Depressão Guaporé (15,2); Nordeste do Mato Grosso (11,2); Norte do Mato Grosso (9,8); Norte de Rondônia (8,7); Pantanal (7,5) e Rondônia Central (10,4). A integração dos cálculos dos estoques de carbono dos solos de cada uma das 11 ecorregiões que cobrem 1.128.000 km-2 aponta valores de 5,7&#177;0,7 Pg C e 10,4&#177;1,3 Pg C, respectivamente para as camadas 0-30 cm e 0-100 cm. Considerando apenas a camada 0-100 cm pode-se inferir que o total de 10,4 Pg C representa 0,7% do total de carbono estocado nos solos do globo (1576 Pg C). Esse valor é expressivo uma vez que estão concentrados em uma área de 1,12 milhões de km-2, ou seja, 0,008% da superfície total (cerca de 135,21 milhões de km2) dos solos do mundo. As informações aqui geradas são fundamentais para o projeto temático em desenvolvimento no Laboratório de Biogeoquímica Ambiental do CENA/USP, que trata das emissões de CO2 para atmosfera, geradas a partir da decomposição da matéria orgânica devido ao desmatamento e uso agrícola do solo nos Estados de Rondônia e Mato Grosso. / Deforestation and consequent land use for agriculture and husbandry are the main activities that cause greenhouse gas emissions in the Brazilian territory. In the last 30 years these practices have been more intense at the Amazon deforestation arch, particularly in the States of Rondônia and Mato Grosso. Presently, the region represents the largest area of agricultural expansion in the world; therefore, it is necessary to better assess its greenhouse gas emissions. In order to evaluate those emissions it is initially necessary to estimate carbon stocks in soils and vegetations, previously to human intervention. The main objective of the present research was to estimate soil carbon stocks for Rondônia and Mato Grosso states and then assist in the future calculations of greenhouse gas emissions due to land use change. The present estimates were performed by developing the following tasks: constitution of a georreferenced data base with information compiled from the literature, estimate soil bulk density for profiles in which this information does not exist, standardization of soil layers through vertical adjustment of soil profile depth and finally, calculation of soil carbon stocks. The surface of Rondônia and Mato Grosso states was divided in 11 ecoregions generated by overlying thematic maps of soils, climate, native vegetation, topography and others through a Geographic Information System. This division in ecoregions is a recommendation from the guideline produced by the Intergovernmental Panel on Climate Change, that brings the official procedures to estimate the greenhouse gas emission for national scales. The soil carbon stock estimates were done for each one of the 15 soil groups in each of the 11 ecoregions. The mean soil carbon stocks (expressed in kg C m-2) for each ecoregion presented the following values: Alto Xingu (8.7); Bacia Sedimentar do Paraná (9.6); Chapada dos Parecis (12.3); Depressão Araguaia (6.7); Depressão Cuiabá-Paranatinga e região Serrana (10.4); Depressão Guaporé (15.2); Nordeste do Mato Grosso (11.2); Norte do Mato Grosso (9.8); Norte de Rondônia (8.7); Pantanal (7.5) e Rondônia Central (10.4). The integrated soil carbon stock calculations of each one of the 11 ecoregions that cover 1.128.000 km-2 showed values of 5.7&#177;0.7 Pg C and 10.4&#177;1.3 Pg C, for the 0-30 cm and 0-100 cm soil layers, respectively. Considering only the 0-100 cm soil layer it is possible to infer that the total of 10.4 Pg C represents 0.7% of the total carbon stored in the world soils (1576 Pg C). This is a meaningful value since it is concentrated in an area of 1.12 million km-2, i.e., 0.008% of the global soil surface (about 135.21 million km2). The information generated in the present research is essential for the thematic project that has been carried on by the Laboratório de Biogeoquímica Ambiental - CENA/USP, related to the CO2 emissions to the atmosphere, generated from soil organic matter decomposition due to deforestation and agricultural use of soils from Rondônia and Mato Grosso states.

Alguns dos mais freqüentes parâmetros utilizados como indicadores de qualidade do solo são: resistência tênsil de agregados (RT); densidade do solo (Ds); textura e curva de retenção de água do solo (CRAS). O objetivo deste estudo foi avaliar e desenvolver métodos para a determinação destes parâmetros e testar o uso de condicionadores químicos na redução do caráter coeso de solos, propondo alterações que tornem esses parâmetros mais precisos. Para RT foi proposto o uso do dinamômetro IMPAC, como equipamento alternativo ao KALATEC. Foram utilizados agregados (diâmetro 22,2 mm) do horizonte diagnóstico de um ARGISSOLO ACINZENTADO coeso, localizados em Pacajus-CE. Na determinação da Ds, avaliou-se a viabilidade do uso de um verniz automotivo como revestimento, substituto à resina saran na impermeabilização de agregados. Foram realizados ensaios preliminares para estabilidade desses agregados, número de imersões no verniz e tempo de secagem. Para validação da metodologia foram utilizados, além dos solos coesos e não coesos de Pacajus-CE, outros cinco solos, coletados em Piracicaba-SP. Na seleção da metodologia para análise granulométrica (AG) foram testados seis métodos: hidrômetro (com uma e quatro leituras); pipeta; micro-pipeta; método rápido e o do IAC, em 20 amostras de TFSA dos horizontes A e/ou B provenientes de 16 perfis de solos representativos dos estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul, com teores de argila entre 6 e 81 %. A comparação entre os métodos supracitados foi realizada com base em: ajuste por regressão linear entre as frações granulométricas determinadas pelo método da pipeta versus os demais; mudanças na classe textural indicadas no triângulo textural; e o melhor ajuste entre a fração argila e a umidade do solo retida na tensão 1500 kPa. Dados de retenção da água no solo, obtidos a partir do equipamento WP4-T, foram ajustados pelo modelo proposto em Genuchten (1980). Para avaliar o uso de condicionadores químicos na redução do caráter coeso de solos, a partir de medidas da RT, foram testados dois polímeros aniônicos (PAM). No Brasil, utilizaram-se os agregados coesos de Pacajus-CE, nos quais aplicou-se PAM por capilaridade. Na Austrália, usaram-se agregados de um solo hardsetting e o PAM foi aplicado com spray (líquido) ou a lanço (sólido), combinado com condicionadores a base de cálcio (sulfato e cloreto). Os valores da RT determinados por ambos os equipamentos (IMPAC e KALATEC) não diferiram entre si. No entanto, o IMPAC reduziu em quase 50 % o tempo de análise, com exatidão e precisão satisfatórias, o que reitera sua viabilidade em substituir o KALATEC. Os resultados da Ds demonstraram que o verniz automotivo Lazzudur é uma excelente alternativa à resina saran, além de reduzir o custo e o tempo de análise. Com relação à escolha do método para AG, a comparação entre os métodos mostrou que o do hidrômetro com uma leitura como uma alternativa viável, devido a sua simplicidade nos procedimentos de análises. A aplicação de PAM nos agregados dos solos coesos de Pacajus-CE não diminuiu a sua RT, sugerindo-se a redução das taxas aplicadas. A aplicação de PAM combinado com gesso refletiu na melhoria da qualidade física dos solos coesos da Austrália, reduzindo os valores da RT desses solos. / Some of the most common parameters used as indicators of soil quality are tensile strength of aggregates (TS), bulk density (Bd), texture and soil water retention curve (SWRC). The aims of this work were to: (i) evaluate and develop methods for determining these parameters; (ii) test the use of the chemical conditioners in reducing the character of cohesive soil. The less expensive IMPAC dynamometer was proposed to TS analysis, as alternative equipment to KALATEC. Aggregates (22.2 mm diameter) from cohesive soil Ultisol, located in northeast of Brazil were used. The feasibility of using automotive varnish to coat soil clods for bulk density measurement was evaluated for replacing SARAN resin. Preliminary tests were conducted to determine the clod stability, the number of immersions of clod in the varnish and drying time of the varnish. To confirm this methodology, clods of the cohesive and not cohesive Ultisol soil from northeast of Brazil and the other five soils from southern of Brazil were used. Six methods were evaluated for measuring particle size analysis (PSA): Hydrometer (with one and four readings); pipette, micro-pipette, \"rapid method\" and IAC method (Brazilian institute) using 20 samples of the A and/or B horizons of air dried soil from 16 soil profiles more significant of Santa Catarina and Rio Grande do Sul States, with clay range from 6 to 81 %. The comparison among these methods was conducted by: fitting linear regression between the pipette method versus the other; changing in textural class in the textural triangle; and the best fitting between fraction clay and soil moisture hold in 1500 kPa tension. Soil water retention data by WP4-T equipment were fitted by the model proposed in Genuchten (1980). Changes of TS of the cohesive soil after treatment with two kinds of anionic polymer (PAM) were investigated. In Brazil, clods from northeast were used and the PAM was applied by capillarity in the laboratory. In Australia, clods of a hardsetting soil were used and the PAM was applied by spray (liquid) or spread (solid), besides of conditioners based calcium (chloride and sulfate). No significant difference was detected at TS values determined by both of equipments tested. However, IMPAC equipment reduced time of analysis by almost 50%, with high accuracy, as a result it can replace the KALATEC equipment. Bulk density data showed that the automotive varnish is an excellent alternative to SARAN resin. The simpler procedure for determination of PSA was the hydrometer method (one reading), consequently, it was preferred than the other. The application of PAM at cohesive soils, from northeast of Brazil, did not reduce TS due to the high PAM concentration used in this study. This result suggests to need to reduce PAM rates. Gypsum an

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diego dos Santos.pdf: 2913932 bytes, checksum: d8e9895a3e1da5977f9c57f222aa7ece (MD5) Previous issue date: 2010-02-12 / The benefits of a no-tillage system and crop rotation in order to mitigate soil compaction problems show that the use of cover crops is an interesting management to improve soil quality and therefore crop yield. However, there is a spatial dependence for soil properties, thus it is an important geostatistic analysis to detect the structure of dependence in the studied area. This study aimed at evaluating the cover crops performance in winter management and the spatial variability of porosity, bulk density, water content of soil and soybean yield. The experiment was carried out in a randomized block design with three blocks, five treatments and two replications per treatment. Each plot was averagely 5.1 m wide and 133 m of length. There were five winter managements as treatments: black oat; Consortium 1 (consortium of forage turnip and black oats); Consortium 2 (forage turnip, black oat and common vetch), wheat, and control (remained fallow during the winter). Data were collected in a two hectare area, in two periods: before each sowing and after management of winter treatments to evaluate macro and microporosity, total porosity, bulk/ soil density and water content of soil from 0 - 0.1 m depth. The cover crops management was carried out with a roller-knife and wheat was cropped by a harvester machine. Soybean was sown in the whole area during summertime and determined its yield for each treatment. After exploratory and geostatistic analyses, the theoretical models were set to semivariograms for each attribute by cross-validation. For each map drawing, the sampling points were considered for each winter treatment. Then an interpolation of values for the whole area was done, as if the respective treatment were used in it. For the comparison of maps made for different treatments, it was used the relative deviation coefficient (RDC) by taking the control as standard. Pearson's correlation and Spearman non-parametric correlation coefficients were used to evaluate the correlation degree among variables. In the first soil analysis, all variables showed spatial dependence. This fact, however, was not observed in the second soil analysis, where, except for soybean yield, all variables showed a nugget effect in someone treatment (except for Consortium 2). It was concluded that the reduction of porosity raised high values for the soil density, which, in its turn, decreased soil ability to retain water. The studied cover crops improved macroporosity and total porosity in some regions of this area. Besides, the use of black oats as cover crop was more efficient and kept higher soil water content, so it can be suggested in rotation with soybeans to decrease bulk density. / A associação dos benefícios do sistema plantio direto e da rotação de culturas com a necessidade de amenizar problemas oriundos da compactação do solo mostra que o uso de plantas de cobertura aparece como um manejo interessante na melhoria da qualidade do solo e consequentemente, da produtividade de culturas comerciais. Entretanto, os atributos do solo apresentam dependência espacial, portanto, necessitam de análise geoestatística para detectar a estrutura de dependência dentro da área em estudo. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho de plantas de cobertura em manejo de inverno e a variabilidade espacial de porosidade, densidade e teor de água do solo e produtividade da soja. O experimento foi implantado sob delineamento experimental de blocos ao acaso, com três blocos, cinco tratamentos e duas repetições por tratamento. Cada parcela foi uma faixa de 5,1 m de largura e 133 m de comprimento. Os tratamentos foram os cinco manejos de inverno: aveia preta; consórcio 1 (consórcio de nabo forrageiro e aveia preta); consórcio 2 (consórcio entre nabo forrageiro, aveia preta e ervilhaca comum); trigo; e testemunha (permaneceu em pousio durante o inverno). Os dados foram coletados em uma área de 2ha, em duas épocas: antes de cada semeadura e após o manejo dos tratamentos de inverno em que se avaliaram macroporosidade, microporosidade, porosidade total, densidade e teor de água do solo, na profundidade de 0 - 0,1 m. O manejo das plantas de cobertura foi realizado com rolo-faca e o trigo colhido com colhedora. A soja foi semeada em toda área no verão e determinada sua produtividade para cada tratamento. Após as análises exploratória e geoestatística, ajustaram-se os modelos teóricos aos semivariogramas para cada atributo por meio da validação cruzada. Para elaboração de cada mapa, consideraram-se os pontos amostrais relativos a cada tratamento de inverno. Então, realizou-se a interpolação dos valores para toda a área, como se em toda área tivesse sido usado o respectivo tratamento. Para comparação dos mapas elaborados para os diferentes tratamentos, utilizou-se o coeficiente de desvio relativo (CDR) sendo a testemunha a referência. Para a avaliação do grau de correlação entre as variáveis, foram utilizados o coeficiente de correlação linear de Pearson e o coeficiente de correlação não-paramétrica de Spearman. Na primeira análise do solo, todas as variáveis apresentaram dependência espacial. Tal fato, entretanto, não foi verificado na segunda análise do solo, na qual, com exceção da produtividade da soja, todas as variáveis apresentaram efeito pepita puro em algum tratamento (exceto para o Consórcio 2). A redução da macroporosidade promoveu os altos valores para a densidade do solo que, por sua vez, diminuíram a capacidade do solo em reter água. As plantas de cobertura utilizadas melhoraram a macroporosidade e porosidade total em algumas regiões dentro da área em estudo. O uso da aveia preta como planta de cobertura foi mais eficiente em manter mais elevado o teor de água do solo e pode ser recomendado em rotação com a soja pelo potencial para diminuição da densidade do solo.

For roughly the past 200 years land-managers have used the practice of “muirburning” to manipulate the structure of heather (Calluna vulgaris) to create a patchwork of habitat structures able to provide forage and nesting sites for red grouse (Lagopus lagopus scoticus) as well as grazing for sheep (Ovis aries) and red deer (Cervus elaphus). This thesis investigates both the behaviour and impact of management fires in recognition of the need to develop multi-aim land management practices that ensure both continued productivity and protection of biodiversity in the face of climatic and environmental change. Fuel structure and loading are crucial controlling factors on both fire behaviour and impact governing both rate of spread and heat release to the ground surface. A visual obstruction method is developed that estimates total and fine fuel loading as well as the structure of the heather canopy. In order to adequately understand fire impact a dimensional analysis approach is taken to estimating the mass of burnt heather stems. Experiments at a number of spatial and temporal scales relate variation in heather fuel moisture content to stand structure and variation in weather conditions. Monitoring shows moisture contents to be relatively stable temporally, but spatially variable. Periods of extreme low moisture contents in early spring are associated with frozen ground, winter cuticle damage and physiological drought. Such conditions may have contributed to the large number of wildfires in 2003. A replicated plot design was used to investigate the effect of weather conditions and fuel loading on fire behaviour. An empirical approach is taken to fire behaviour modelling with equations describing rate of spread and fireline intensity being developed on the basis of fuel structure descriptors and windspeed. The theoretical negative correlation between fuel bed density and rate of spread is demonstrated to hold true for heather stands, while the impact of heterogeneity in fuel bed structure is also investigated. Redundancy Analysis is used to investigate the influence of multiple predictors on a number of aspects of fire behaviour including: rate of spread, fireline intensity, flame length and ground surface heating. Data from this and previous studies are used to ground-truth a number of fire behaviour prediction systems including BehavePlus and the Canadian Fire Behaviour Prediction System. Finally linkages between fire behaviour, fire severity and heather regeneration are investigated. A number of proxy measures of ‘Immediate Severity’ are tested and used to examine the influence of fires on plant regeneration. The post-fire development of stands is shown to relate primarily to stand age and structure before burning, and to post-fire substrates rather than variation in fire behaviour and severity.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diego dos Santos.pdf: 2913932 bytes, checksum: d8e9895a3e1da5977f9c57f222aa7ece (MD5) Previous issue date: 2010-02-12 / The benefits of a no-tillage system and crop rotation in order to mitigate soil compaction problems show that the use of cover crops is an interesting management to improve soil quality and therefore crop yield. However, there is a spatial dependence for soil properties, thus it is an important geostatistic analysis to detect the structure of dependence in the studied area. This study aimed at evaluating the cover crops performance in winter management and the spatial variability of porosity, bulk density, water content of soil and soybean yield. The experiment was carried out in a randomized block design with three blocks, five treatments and two replications per treatment. Each plot was averagely 5.1 m wide and 133 m of length. There were five winter managements as treatments: black oat; Consortium 1 (consortium of forage turnip and black oats); Consortium 2 (forage turnip, black oat and common vetch), wheat, and control (remained fallow during the winter). Data were collected in a two hectare area, in two periods: before each sowing and after management of winter treatments to evaluate macro and microporosity, total porosity, bulk/ soil density and water content of soil from 0 - 0.1 m depth. The cover crops management was carried out with a roller-knife and wheat was cropped by a harvester machine. Soybean was sown in the whole area during summertime and determined its yield for each treatment. After exploratory and geostatistic analyses, the theoretical models were set to semivariograms for each attribute by cross-validation. For each map drawing, the sampling points were considered for each winter treatment. Then an interpolation of values for the whole area was done, as if the respective treatment were used in it. For the comparison of maps made for different treatments, it was used the relative deviation coefficient (RDC) by taking the control as standard. Pearson's correlation and Spearman non-parametric correlation coefficients were used to evaluate the correlation degree among variables. In the first soil analysis, all variables showed spatial dependence. This fact, however, was not observed in the second soil analysis, where, except for soybean yield, all variables showed a nugget effect in someone treatment (except for Consortium 2). It was concluded that the reduction of porosity raised high values for the soil density, which, in its turn, decreased soil ability to retain water. The studied cover crops improved macroporosity and total porosity in some regions of this area. Besides, the use of black oats as cover crop was more efficient and kept higher soil water content, so it can be suggested in rotation with soybeans to decrease bulk density. / A associação dos benefícios do sistema plantio direto e da rotação de culturas com a necessidade de amenizar problemas oriundos da compactação do solo mostra que o uso de plantas de cobertura aparece como um manejo interessante na melhoria da qualidade do solo e consequentemente, da produtividade de culturas comerciais. Entretanto, os atributos do solo apresentam dependência espacial, portanto, necessitam de análise geoestatística para detectar a estrutura de dependência dentro da área em estudo. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho de plantas de cobertura em manejo de inverno e a variabilidade espacial de porosidade, densidade e teor de água do solo e produtividade da soja. O experimento foi implantado sob delineamento experimental de blocos ao acaso, com três blocos, cinco tratamentos e duas repetições por tratamento. Cada parcela foi uma faixa de 5,1 m de largura e 133 m de comprimento. Os tratamentos foram os cinco manejos de inverno: aveia preta; consórcio 1 (consórcio de nabo forrageiro e aveia preta); consórcio 2 (consórcio entre nabo forrageiro, aveia preta e ervilhaca comum); trigo; e testemunha (permaneceu em pousio durante o inverno). Os dados foram coletados em uma área de 2ha, em duas épocas: antes de cada semeadura e após o manejo dos tratamentos de inverno em que se avaliaram macroporosidade, microporosidade, porosidade total, densidade e teor de água do solo, na profundidade de 0 - 0,1 m. O manejo das plantas de cobertura foi realizado com rolo-faca e o trigo colhido com colhedora. A soja foi semeada em toda área no verão e determinada sua produtividade para cada tratamento. Após as análises exploratória e geoestatística, ajustaram-se os modelos teóricos aos semivariogramas para cada atributo por meio da validação cruzada. Para elaboração de cada mapa, consideraram-se os pontos amostrais relativos a cada tratamento de inverno. Então, realizou-se a interpolação dos valores para toda a área, como se em toda área tivesse sido usado o respectivo tratamento. Para comparação dos mapas elaborados para os diferentes tratamentos, utilizou-se o coeficiente de desvio relativo (CDR) sendo a testemunha a referência. Para a avaliação do grau de correlação entre as variáveis, foram utilizados o coeficiente de correlação linear de Pearson e o coeficiente de correlação não-paramétrica de Spearman. Na primeira análise do solo, todas as variáveis apresentaram dependência espacial. Tal fato, entretanto, não foi verificado na segunda análise do solo, na qual, com exceção da produtividade da soja, todas as variáveis apresentaram efeito pepita puro em algum tratamento (exceto para o Consórcio 2). A redução da macroporosidade promoveu os altos valores para a densidade do solo que, por sua vez, diminuíram a capacidade do solo em reter água. As plantas de cobertura utilizadas melhoraram a macroporosidade e porosidade total em algumas regiões dentro da área em estudo. O uso da aveia preta como planta de cobertura foi mais eficiente em manter mais elevado o teor de água do solo e pode ser recomendado em rotação com a soja pelo potencial para diminuição da densidade do solo.

Orientador: Rafael Montanari / Resumo: A variabilidade espacial dos atributos físicos do solo é importante indicador de manejo localizado nas áreas agrosilvopastoris. No ano agrícola de 2009/10 em Selvíria (MS), analisaram-se os componentes de produção da soja e atributos físicos da relação massa/volume de um Latossolo Vermelho Distroférrico em plantio direto, com objetivo de encontrar correlações lineares e espaciais entre eles. Foi instalada uma malha geoestatística para a coleta dos dados, totalizando 99 pontos amostrais numa área de 10 ha. Os atributos do solo, nas camadas de 0,00-0,10 e 0,10-0,20 m foram: a densidade do solo, DS (métodos do anel volumétrico e do torrão parafinado), densidade de partículas do solo, DP (métodos do balão volumétrico e do balão volumétrico modificado) e a porosidade total do solo, PT, utilizando os valores de DS e DP dos diferentes métodos de determinação, calculada pela fórmula PT= (1-DS/DP). Os componentes de produção da soja foram: número de vagens por planta (NVP), número de grãos por vagem (NGV), massa de cem grãos (MCG), massa de grãos por planta (MGP), população de plantas (POP), altura de plantas (ALT) e produtividade de grãos obtida (PGO). Alguns dos componentes de produção da soja e dos atributos físicos do solo revelaram dependência espacial, possibilitando mapear a área de produção. Assim, os alcances geoestatísticos recomendados para futuras pesquisas deverão estar entre 273 e 526,5 m. Espacialmente, foi possível estimar a PGO pela co-krigagem com a MGP; com a DS (mé... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The soil physical attributes spatial variability is an important indicator of localized management practices in the agrosilvopastoral areas. In the 2009/2010 agricultural year in Selvíria (MS), soybean yield components and physical attributes of the mass/volume ratio of a dystroferric Red Latosol (Typic Acrustox) under a no-tillage system were analyzed in order to find linear and spatial correlations between them. It was installed a geostatistical grid to collect the data, totalizing 99 sampling points in an area of 10 ha. The soil attributes in the 0.00-0.10 and 0.10-0.20 m layers were: soil bulk density, BD (volumetric ring and paraffin sealed clod methods), soil particle density, PD (volumetric flask and modified volumetric flask methods) and total soil porosity, TP, calculated by the resulting ratio between BD and PD, using the formula TP = (1-BD/PD). The components of soybean yield were: number of pods per plant, number of grains per pod, mass of 100 grains, grain mass per plant, plant population, plant height and soybean yield. Some of the determined soybean yield components and some of the physical soil attributes revealed spatial dependence, making it possible to map the yield area. Thus, the recommended geostatistical ranges for further researches thus shall be between 273 and 526.5 m. Spatially, it was possible to estimate the soybean yield by co-kriging it with the grain mass per plant; and with the soil bulk density (volumetric ring method) of 0.00-0.10 m; and wit... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor