O presente trabalho aborda os conceitos que envolvem as perdas no sistema de distribuição de água e os diferentes indicadores de perdas existentes, utilizados como um dos principais instrumentos de apoio à gestão nos sistemas de abastecimentos de água. A revisão bibliográfica apresenta histórico dos trabalhos referentes ao controle e redução de perdas que tem sido desenvolvidos no Brasil e em outros países. Mostra a diversidade de indicadores de perdas existentes e os estudos e discussões incessantes na busca de sua padronização, coordenados pela International Water Association (IWA). Também trata de importantes questões relativas ao tema da dissertação, tais como: a elaboração do Balanço Hídrico e os limites de incertezas de suas variáveis; e as iniciativas existentes ao redor do mundo relacionadas ao uso eficiente de energia e sua interface entre a redução de perdas em sistemas de abastecimento de água. Na segunda etapa do trabalho, foram elaborados passo a passo os Balanços Hídricos de três setores de abastecimento da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) com características distintas entre si. Em razão da dificuldade de medições de alguns volumes de entrada dos Balanços Hídricos, recorreu-se à alternativa de calculá-los através de estimativas, cujos valores padrões foram pesquisados na bibliografia existente. Devido a isso, os fluxos dos Balanços Hídricos estudados apresentaram faixas de valores, retratando os limites de incertezas a que eles estão submetidos. Compararam-se os Balanços Hídricos dos três setores de abastecimento, avaliando-se suas incertezas, analisando-se seus resultados e recomendando-se onde podem ser direcionadas as ações para o controle e redução, sejam para as perdas reais, sejam para as perdas aparentes. Por fim, ressalta-se que por se tratar de tema correlacionado às dissertações desenvolvidas por Galvão (2007), Melato (2010), Oliveira (2011) e Palo (2010), este estudo serve, portanto, como uma continuidade desses trabalhos. / This project has the purpose of treat the conceptions involving losses in water distribution systems and different performance indicators, used as a major instrument of management support systems in water supplies. Bibliographic review presents a historic of the works on the control and reduction of water losses that have been developed in Brazil and other countries. It shows the diversity of existing indicators of water losses and incessant studies and discussions in the search for its standardization, coordinated by the International Water Association (IWA). It also deals with important issues related to the subject of the dissertation, such as the elaboration of the water balance and the limits of uncertainty of its variables, and the existing initiatives around the world related to the energy efficiency and its interface with the reduction of losses in water supply systems. In the second stage of the work, the Water Balances of three different supply sectors of the Metropolitan Region of São Paulo were developed step by step. Because of the difficulty of measurements of some volumes of incoming Water Balance, one resorted to the alternative of calculating them through estimates, whose default values were researched in existing literature. Due to this, the flow of Water Balance study showed ranges of values, depicting the limits of uncertainty to which they are submitted. The Water Balance of three supply sectors were compared, evaluating their uncertainties, analyzing their results and recommending where actions should be directed to the control and reduction whether they are real or apparent losses. It is important to say that since it is correlated themes to dissertations developed by Galvão (2007), Melato (2010), Oliveira (2011) and Palo (2010), will represent, therefore, as continuity to their works.

Cerca de 38% das árvores cítricas do Estado de São Paulo são afetadas pela Clorose Variegada dos Citros - CVC, causando perdas anuais de cerca de 100 milhões de dólares para as indústrias citrícolas. O agente causal da CVC é uma bactéria gram-negativa, fastidiosa e habitante dos vasos de xilema denominada Xylella fastidiosa, transmitida por cigarrinhas pertencentes à família Cicadellidae, subfamília Cicadellinae. Já foi observado que laranjas doces jovens, na faixa de 3 a 4 anos de idade, são mais sensíveis à CVC do que as plantas adultas. A doença é mais severa em regiões onde estresses adicionais ocorrem, como alta demanda atmosférica por água (decorrente do aumento da temperatura e do déficit de pressão de vapor) e déficit hídrico no solo. Os mecanismos fisiológicos e químicos que caracterizam o estabelecimento da CVC ainda não foram totalmente compreendidos, especialmente sob condições de estresse. Sendo assim, estudos que consideram a interação entre época do ano, regime hídrico e o estabelecimento da CVC em plantas jovens são necessários para auxiliar na elaboração de programas de manejo da doença. O presente trabalho avaliou a sobrevivência de infecções iniciais de X. fastidiosa em plantas cítricas jovens no campo, mantidas com e sem irrigação, 6, 12 e 18 meses após inoculações mecânicas realizadas no verão (mês de janeiro) e inverno (mês de julho). Visando analisar a influência do regime hídrico isoladamente foram realizadas, na época do outono (final de maio e início de junho), inoculações mecânicas e inoculações com as cigarrinhas vetoras Bucephalogonia xanthophis e Dilobopterus costalimai em plantas cítricas jovens mantidas em capacidade de campo e déficit hídrico em casa-de-vegetação; as plantas inoculadas mecanicamente foram avaliadas 5 meses após a data de inoculação, enquanto que as plantas inoculadas com insetos foram avaliadas 10 meses após a data de inoculação. Em condições naturais, foram observadas, 6 meses da data de inoculação, maiores taxas de sobrevivência de infecções iniciais de X. fastidiosa em plantas jovens inoculadas na época de inverno na ausência de estresse hídrico; no entanto, 12 meses da data de inoculação, as plantas inoculadas mantidas com e sem irrigação apresentavam médias populacionais bacterianas estatisticamente iguais. As plantas mantidas em casa-devegetação e inoculadas mecanicamente apresentaram resultados semelhantes àqueles obtidos 6 meses da data de inoculação em condições naturais; no caso da inoculação com cigarrinhas vetoras, foi detectada a presença da bactéria apenas em plantas em capacidade de campo. Estes resultados indicam que o déficit hídrico é um fator desfavorável para o estabelecimento de infecções primárias de X. fastidiosa em plantas cítricas jovens. Os resultados obtidos 12 meses após a inoculação mecânica em condições naturais, logo após a estação de chuva, indicam que, uma vez retirado o estresse hídrico, tal influência negativa deixa de existir e a bactéria readquire sua capacidade de infecção e colonização do hospedeiro. / In Brazil, about 38% of the citric trees of the São Paulo State are affected by the Citrus Variegated Chlorosis - CVC, causing annual losses of about 100 million dollars for the citrus industries. The causal agent of CVC is a gram-negative, fastidious bacterium inhabitant of the xylem vessels called Xylella fastidiosa. It is vectored by sharpshooter leafhoppers pertaining to family Cicadellidae and subfamily Cicadellinae. It was observed that young citrus plants, between 3 and 4 years of age, are more susceptible to CVC than adult plants. The disease is more severe in regions where additional stresses occur, such as high atmospheric demand (due to the increase of temperature and vapor pressure deficit) and water deficit in the soil. The physiological and chemical mechanisms that characterize the establishment of CVC within the host have not yet been totally understood, especially under conditions of stress. Therefore, studies that consider the interaction between seasons, water regime and the establishment of CVC in young plants are necessary in the elaboration of more efficient management programs. The survival of initial infections of X. fastidiosa in young citrus plants mechanically inoculated during the summer and winter, and kept in the field with and without irrigation, were evaluated 6, 12 and 18 months after mechanical inoculations. To analyze the influence of water regime separately, an experiment was carried through during the autumn (final of May and beginning of June) in a greenhouse. Young citrus plants kept in field capacity and water deficit were mechanically inoculated and inoculated with sharpshooter leafhoppers Bucephalogonia xanthophis and Dilobopterus costalimai. The mechanically inoculated plants were evaluated 5 months after the date of inoculation, whereas the plants inoculated with insect vectors were evaluated 10 months after the date of inoculation. In natural conditions, 6 months of the date of inoculation, higher survival rates of initial infections of of X. fastidiosa were detected in inoculated young plants during winter in the absence of water deficit; however, 12 months after inoculation, the young citrus plants kept with and without irrigation presented statistically equal bacterial population averages. The mechanically inoculated plants kept in the greenhouse presented similar results to those kept in natural conditions and analyzed 6 months after mechanical inoculation. In the case of inoculation with sharpshooter leafhoppers, the presence of the bacterium was detected only in plants kept in field capacity. The results demonstrate that the water deficit is unfavorable for the establishment of primary infections of X. fastidiosa in young citrus plants. The results obtained 12 months after mechanical inoculation in natural conditions, right after the rainy season, indicate that, once the water deficit is removed, its negative influence ceases to exist and the bacterium reacquires its capacity of infection and colonization of the host.

Foram estudados os efeitos da deficiência hídrica e da aplicação de ácido abscísico (ABA) sobre alguns aspectos fisiológicos e a produção de flavonóides em plantas de calêndula. Testaramse quatro intervalos de suspensão da irrigação (controle - irrigação diária; 3; 6 e 9 dias sem irrigar) acompanhados por três doses de ABA (0, 10 e 100 µM), resultando em 12 tratamentos. O experimento foi instalado em condições de casa de vegetação com plantas envasadas. Os tratamentos foram aplicados no início do florescimento e seus efeitos foram avaliados pelo conteúdo relativo de água na folha (CRA) e trocas gasosas (A= fotossíntese líquida, gs= condutância estomática, E= transpiração, Ci= concentração intercelular de CO2 e TL= temperatura da folha); por meio de analisador portátil por infra-vermelho. A eficiência do uso da água (EUA) foi calculada como A/E. Aos 3 dias de suspensão da irrigação as plantas de calêndula não apresentaram alterações significativas nas variáveis de trocas gasosas avaliadas. Aos 6 dias de deficiência hídrica as variáveis Ci, CRA e EUA não apresentaram diferença em relação aos tratamentos com suprimento constante de água, acrescidos ou não de ABA. Porém, a imposição de estresse hídrico somada à aplicação de ABA nas plantas resultou em diminuição nos valores de E, gs, A e TL em relação aos tratamentos controle. Aos 9 dias sem irrigar ocorreram mudanças drásticas nas plantas, sendo que todos os parâmetros de trocas gasosas avaliados apresentaram reduções significativas em relação aos tratamentos controle (irrigação diária com ou sem ABA). Concluiu-se que a aplicação exógena de ABA mimetizou as respostas fotossintéticas da planta ao estresse hídrico, sendo que o efeito principal deste biorregulador foi o de causar diminuição na gs. Porém, esta redução na gs só foi acompanhada de uma redução em A quando as plantas estavam submetidas à deficiência hídrica. O efeito residual do ABA nas plantas foi de apenas 7-8 dias e portanto, as variações observadas aos 6 dias de deficiência hídrica foram provavelmente induzidas pelo ABA ; enquanto que as diferenças observadas aos 9 dias foram exclusivamente causadas pela deficiência hídrica. Não houve diferença significativa entre as diferentes intensidades de deficiência hídrica testadas com relação ao acúmulo de flavonóides nas inflorescências de calêndula. Entretanto, a aplicação de ABA provocou uma diminuição de até 50% no teor de flavonóides, tanto nas plantas controle (bem hidratadas) como nas plantas submetidas ao estresse hídrico, para todas as intensidades testadas. Concluiu-se que o ABA restringe a rota biossintética de flavonóides. / It was evaluated the effects of water deficit and abscisic acid (ABA) application on some physiological parameters and flavonoid production in marigold plants. It was tested four intervals of withholding water (control - diary irrigation, 3, 6 and 9 days without irrigation) accomplished of 3 concentrations of ABA (0, 10 e 100 µM), resulting in 12 treatments. The experiment was performed under nursery conditions with plotted plants. The treatments were applied in the beginning of blooming and their effects were evaluated by the relative water content (RWC) and leaf gas exchange (A= net photosynthesis, gs= stomatal conductance, E= evaporation, Ci= CO2 intercellular concentration and TL=leaf temperature); using a portable infrared gas analyzer. The water use efficiency (EUA) was calculated as A?E. At 3 days of water suppression the marigold plants did not showed significant alterations in leaf gas exchange evaluated parameters. At 6 days of water deficit the parameters Ci, RWC and EUA did not showed difference in relation to the treatments with daily irrigation, added or not of ABA. However, the water stress plus ABA application resulted in smaller values of E, gs and A in relation to control plants. At 9 days of water deficit there were drastic changes in the plants, with significant reductions in all leaf gas exchange parameters evaluated in relation to control treatments (daily irrigation with or without ABA). It was concluded that exogenous ABA application mimics the plant photosynthetic responses to water stress, and the main ABA effect was to cause a reduction on gs. However, this gs reduction only was accomplished of a reduction in A when the plants were submitted to the water deficit. The residual effect of ABA in plants was only 7-8 days and so, the differences observed at the 6 days of water deficit were probably inducted by the ABA, yet differences observed at the 9 days were exclusively caused by the water deficit. There was no significant difference among the different levels of water deficit used in relation to total flavonoids content in inflorescences of marigold. However, ABA application resulted in a reduction of almost 50% in flavonoids content, in well watered plant as well as stressed plants, for all levels of water deficit tested. It was concluded that ABA restricts the biosynthetic rote of flavonoids.

Agriculture when only focused on production leads to an unsustainable use of inputs with negative consequences to the environment and human health. One consequence of the excessive use of fertilizers is the pollution of surface and underground water resources in agricultural eco-systems and their boundaries. The Brazilian Cerrado has been suffering the transformations of the intensive agriculture during the last decades. Due to the poor fertility of soils, in general very sandy and of low pH, the use of agricultural inputs is intensified and the nutrient downward transport by leaching becomes a serious problem in different regions. Information about the current use practices of fertilizer use in the Cerrado environment must be gathered for a healthy transition of this biome. Models based on physical and chemical processes are useful tools to simulate water and nutrient dynamics in agricultural systems, including the related losses due to adopted managements. They have the potential to evaluate different scenarios to predict outcomings of such practices. Among the available models for such processes, SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant model) has been used under several agronomic conditions to describe hydrologic processes, and ANIMO (Nitrogen in Agriculture model) to simulate N cycling in agricultural systems. Our study presents an application of SWAP to adult perennial coffee crops along one productive cycle, with focus on deep drainage losses and irrigation management in a representative Brazilian Cerrado management system. The SWAP/ANIMO combination was used in this study to simulate N absorption by coffee plants and N leaching in the form NO3-N, as a result of an intensive fertilizer management practice. The ANIMO program was calibrated in relation to one N treatment, of 400 kg ha-1 year-1, and was evaluated with independent data of NO3-N in soil solution of another treatment of 800 kg ha-1 year-1. The yearly water balance (WB) obtained from SWAP was similar to that obtained through a sequential climatologic WB of Thornthwaite and Matter. However, the monthly deep drainage values obtained by SWAP as compared to the WB values presented differences with a determination coefficient of 0.77 in a linearization of the results. Irrigation scenarios with intervals of 3(IF3), 5(IF5), 10 (IF10) e 15 (IF15) days between water applications were simulated by SWAP and compared with the irrigation management practiced in the farm where the experiment was carried out. These simulations showed for longer intervals (IF15) drainage losses were smaller, water productivity higher, as well as relative productivity. Measurements of N absorption by plants obtained experimentally were similar to ANIMO simulations. Sensitivity analyses of the model showed that leaching and soil solution concentration of NO3-N are sensitive to soil pH and temperature of the decomposition processes. We conclude that the combination of SWAP with ANIMO was efficient for the description of the N cycle in a Cerrado soil-plant-atmosphere system / A agricultura focada apenas na produção leva ao uso insustentável de recursos resultando em consequências negativas para o meio ambiente e a saúde humana. Uma consequência do uso excessivo de fertilizantes é a contaminação dos recursos hídricos subterrâneos e superficiais em ecossistemas agrícolas e nos seus arredores. Devido o solo da região do Cerrado ser pobre em nutrientes, predominantemente arenoso e com alta acidez, o uso de insumos agrícolas é intensificado e o transporte químico de nutrientes via lixiviação é um problema para a agricultura intensiva nas diferentes regiões. Informações sobre as atuais práticas de uso de fertilizantes e seus efeitos no ambiente de Cerrado precisam ser coletadas para reduzir os impactos da agricultura nesse ecossistema. Modelos baseados em processos físicos e químicos são ferramentas úteis para simular a dinâmica da água e nutrientes no meio agrícola e as perdas associadas aos manejos adotados, com potencial para avaliar diferentes cenários de previsão dos resultados dessas práticas. Entre os modelos baseados em processos, o SWAP (modelo Solo, Água, Atmosfera e Planta) tem sido utilizado com sucesso em várias condições agronômicas para descrever processos hídricos, e o ANIMO (modelo de nitrogênio na agricultura) para simular o ciclo do nitrogênio em sistemas agrícolas. Nosso estudo apresenta uma aplicação do SWAP para culturas de café perenes maduras ao longo de um ciclo produtivo, com foco nas perdas por drenagem e no manejo da irrigação em um sistema típico do Cerrado Brasileiro. A combinação dos modelos SWAP/ANIMO foi utilizada nesse estudo para simular a absorção de N pelas plantas de café e a lixiviação do nitrogênio na forma de nitrato (NO3-N) resultante de uma prática de manejo de fertilizantes intensiva. O ANIMO foi calibrado para o cenário correspondente à aplicação de 400 kg ha-1 ano-1 de fertilizante mineral, e foi avaliado com dados independentes de NO3-N na solução do solo medidos em parcelas de outro tratamento que receberam 800 kg ha-1 ano-1. O balanço hídrico anual obtido pelo SWAP foi semelhante ao obtido pelo balanço sequencial climatológico, de Thornthwaite e Matter. No entanto, os valores mensais de drenagem profunda obtidos pelo SWAP e comparados com os resultados do balanço climatológico apresentaram diferenças, com um coeficiente de determinação de 0,77 na linearização dos resultados. Cenários de irrigação com intervalos de 3 (IF3), 5 (IF5), 10 (IF10) e 15 (IF15) dias entre aplicações de água foram simulados utilizando o SWAP e comparados com a prática de manejo da fazenda onde o estudo experimental foi realizado. As simulações dos cenários com o SWAP mostraram que as irrigações com intervalos mais longos (IF15) apresentam menores quantidades de perdas por drenagem, maior produtividade da água e produtividade relativa da cultura. As medidas de absorção de N pelas plantas obtidas experimentalmente foram similares às estimativas do modelo ANIMO. As analises de sensibilidade do modelo mostraram que as previsões da lixiviação e concentração de NO3-N na solução do solo são sensíveis às variáveis pH do solo e temperatura de referência dos processos de decomposição. Conclui-se que a combinação dos modelos unidimensionais baseados em processos SWAP/ANIMO foi eficaz na descrição do ciclo do N avaliado no sistema solo-planta do Cerrado

Foram avaliados dois modelos para estimativa do potencial produtivo relativo de cana-de-açúcar. Utilizou-se dados de produtividade (t.ha -1 ) de experimentos, dados de campo da Usina Santa Rita, localizado no município de Santa Rita do Passa Quatro e das áreas de cana-de-açúcar da Usina Costa Pinto em Piracicaba, todas localizadas no Estado de São Paulo, Brasil, para realizar uma comparação entre a produtividade obtida em campo e a produtividade relativa (% da máxima produtividade) estimada pelo modelo matemático. As variáveis de entrada são o fósforo (P, mmolc/kg), potássio (K, mmolc/kg), capacidade de troca de cátions (T, mmolc/kg), saturação por bases (V%) e o teor de argila (Arg%). As avaliações mostraram que o modelo estimou de forma eficiente a produtividade relativa de cana-de-açúcar, com relações altamente significativas (P<0,001) entre produtividade medida no campo e produtividade relativa estimada. Verificou-se que o modelo ganha precisão quando se trabalha em escalas maiores (dados experimentais) em comparação com escalas menores (grandes fazendas). Uma análise de regressão linear múltipla, pelo método stepwise, foi utilizada para verificar quais foram os fatores que influenciaram a produtividade da cana-de-açúcar nos diferentes anos. Verificou-se forte influencia do número de cortes e das variedades, entretanto notou-se que as variáveis do solo utilizados como variáveis de entrada (P,K,T,V,Arg) nem sempre influenciaram a produtividade nos diferentes anos. Constatou-se então que as ferramentas estatísticas podem ser limitadas para elaboração de modelos. Consequentemente o modelo mostrou-se uma ferramenta útil para identificação da capacidade produtiva de áreas para a cana-de-açúcar de maneira holística e integrada em comparação aos métodos estatísticos. O modelo foi aplicado, numa escala regional, no o município de Piracicaba. Através de um sistema de informações geográficas (SIG) foram gerados um mapa de declividade, mapa de distância em relação a 4 usinas da região e uma mapa de produtividade relativa. Os mapas foram úteis na identificação da distribuição espacial da cana-de-açúcar no município. Utilizou-se o modelo climático da FAO para simular a produtividade da cana-de-açúcar mês a mês durante um ano. O mesmo não apresentou correlação com a produtividade média mensal obtida. Este modelo foi concebido para estudos em dimensões continentais com regiões climaticamente contrastantes. Em escala local se mostrou muito sensível ao déficit hídrico para estimar a produtividade da cana-de-açúcar adequado para realizar estimativas, principalmente porque esta cultura é tolerante a períodos de stress hídricos. / Two models of sugarcane were evaluated. The yield (t/ha) out of experimental data, and from fields of the Santa Rita Sugar Mill, located at Santa Rita do Passa Quatro, and from large farms of the Costa Pinto Sugar Mill, located at Piracicaba, all in the State of São Paulo – Brazil were compared to the estimated relative yield (% of the maximum yield) by a mathematical model having as input the soil fertility parameters: potassium content (K, in mol/kg), phosphorus content (P, in mol/kg), cation exchange capacity (T, in mol/kg), base saturation (V, in %) and clay content (Arg, in %), by linear regression. The high significance of the regressions (P<0,001) showed a closed relation between estimated and measured yield. The model gain precision with bigger scales (experimental data) compared to the smaller scales (larger farms). A linear multiple regression statistical analysis, by the stepwise method, were applied to select the soil parameter which most affected the yield. The ratton number and the sugarcane variety were the most important factors determining yield, overcoming the soil fertility parameters which not always affected yield according to this analysis. Consequently, the model was a better tool to identify soil capability for sugarcane yield, in a holistic and integrated manner, than the statistical analysis. The soil model to estimated relative yield were applied tin the regional scale on the Piracicaba county to generate maps of the distance of sugarcane field to the sugar mills, relative sugarcane yield of the fields, and land slopes of the sugarcane fields. The maps were useful to elucidate the sugarcane distribution within the county. An estimation of yield by the FAO model, using weather data as input parameters, showed a large month to month yield variation in discrepancy to the field observations. No significance regressions demonstrated that the yield estimated by FAO model is not related to the field data. This model was created for studies at continental level with contrasting weather differences, but is too sensitive for the water deficit to estimate sugarcane yield at local and regional scale, mainly because this crop is particularly tolerant do periodic water stress.

O presente trabalho foi desenvolvido com objetivo de analisar a classificação climática segundo Köppen e Thornthwaite (comparando os valores de armazenamento de água no solo, evapotranspiração real, deficiência hídrica e excedente hídrico para realização do balanço hídrico cíclico mensal), e de propor uma caracterização edafoclimática referente à região mesoclimática de Santa Maria, RS utilizando uma série histórica de 35 anos (de 1969 a 2003). De acordo com os resultados, as seguintes conclusões podem ser apresentadas: (a) a classificação climática segundo Thornthwaite ou Köppen pode ser feita com base na classe mais freqüente ou utilizando os valores médios de temperatura e de chuva e a capacidade de água disponível de 50 mm; (b) classificação climática segundo Thornthwaite: A r B\'3 a\' (classe mais freqüente) ou B4 r B\'3 a\' (utilizando os valores médios de temperatura e de chuva); (c) classificação climática segundo Köppen: Cfga (classe mais freqüente) ou Cwga (utilizando os valores médios de temperatura e de chuva); e (d) A29/42S,53/42W,95,35,11,7,27,2,20,3,5,5,471,1/5,1235,2672,1802,20,953,887,915,50: caracterização edafoclimática proposta. Isso significa que a evapotranspiração real é pelo menos 90% da evapotranspiração potencial de referência (classe A de disponibilidade hídrica), a localização geográfica é de 29o42\' (latitude sul), 53o42\' (longitude oeste) e altitude de 95 m, e que a série histórica apresenta 35 anos, sendo as temperaturas mínima e máxima mensal de 11oC (julho) e 27oC (fevereiro), a temperatura média anual de 20oC, respectivamente, com coeficiente de variação de 3%, e as chuvas mínima e máxima mensal de 5 mm (maio) e 471 mm (janeiro/maio), as chuvas mínima, máxima e média anual de 1235 mm, 2672 mm e 1802 mm, respectivamente, com coeficiente de variação de 20%, valores médios anuais de evapotranspiração potencial de referência, evapotranspiração real e excedente hídrico de 953 mm, 887 mm e 915 mm, respectivamente, adotando uma capacidade de água disponível de 50 mm. / The present work was developed with the purpose of analyzing the climatic classification by Köppen and Thornthwaite (comparing the values of soil water holding, actual evapotranspiration, water deficit and water excess for cyclic water balance using monthly data), and of proposing an edaphoclimatic characterization related to the mesoclimatic region of Santa Maria, State of Rio Grande do Sul, Brazil, using a historical series of 35 years (from 1969 to 2003). According to the results, the following conclusions can be presented: (a) the climatic classification by Thornthwaite or Köppen can be done based on the modal class or using the mean values of air temperature and rainfall and the soil water holding capacity of 50 mm; (b) the climatic classification by Thornthwaite is A r B\'3 a\' (modal class) or B4 r B\'3 a\' (using the mean values of temperature and rainfall); (c) the climatic classification by Köppen is Cfga (modal class) or Cwga (using the mean values of temperature and rainfall); and (d) A29/42S,53/42W,95,35,11,7,27,2,20,3,5,5,471,1/5,1235,2672,1802,20,953,887,915,50 is the proposed edaphoclimatic characterization. It means the actual evapotranspiration is at least 90% of the potential evapotranspiration (class A of soil water availability), the geographic localization is 29o42\' South (latitude), 53o42\' West (longitude) and altitude of 95 m, using a historic series of 35 years, being monthly minimum and maximum air temperatures of 11oC (July) and 27oC (February), the annual mean air temperature of 20oC, with coefficient of variation of 3%, and the monthly minimum and maximum rainfall of 5 mm (May) and 471 mm (January/May), the annual minimum, maximum and mean rainfall of 1235 mm, 2672 mm and 1802 mm, respectively, with coefficient of variation of 20%, and the annual mean values of potential evapotranspiration, actual evapotranspiration and water excess of 953 mm, 887 mm and 915 mm, respectively, using a soil water holding capacity of 50 mm.

Estudos recentes mostram que as concentrações de gases de efeito estufa na atmosfera vêm aumentando desde a Revolução Industrial. A esse acréscimo de gases, originado principalmente por atividades antrópicas, como a queima de combustíveis fósseis e o desmatamento, atribui-se a responsabilidade principal pelo aquecimento global. Além da temperatura, a precipitação também tem sofrido variações decorrentes dessas práticas e as projeções climáticas para este século indicam a possibilidade de graves conseqüências para a humanidade. Dentre as atividades econômicas, a agricultura é a mais dependente dos fatores climáticos e as alterações desses fatores afetarão a produtividade das culturas, com efeito sobre o agronegócio como um todo. No presente trabalho, foi utilizado um modelo agrometeorológico para estimar a produtividade da cana-de-açúcar na região de Piracicaba, SP, e, com base nos cenários futuros apresentados no quarto relatório do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), foram avaliados os possíveis impactos que alterações de temperatura, precipitação, insolação e concentração de CO2 na atmosfera poderão causar na produtividade dessa cultura, levando em conta também os avanços tecnológicos. Utilizando-se os cenários de mudanças climáticas adotados para a execução deste estudo, observa-se aumento na evapotranspiração potencial (ETP). A evapotranspiração real também tende a aumentar, porém o aumento não é tão acentuado quanto o da ETP, pois a influência do aumento da temperatura é minimizada pela variação no regime hídrico. Os resultados evidenciam uma redução na disponibilidade dos recursos hídricos, com aumento das deficiências e redução dos excedentes. O aumento da temperatura acarretará aumento da produtividade potencial (PP), já que essa variável afeta positivamente a eficiência do processo fotossintético das plantas C4. Com relação às produtividades reais (PR), nas quais o efeito do déficit hídrico sobre a PP é considerado, observa-se padrão semelhante de variação dos valores obtidos em relação à PP. Ao analisar os cenários de mudanças climáticas, nota-se que a PR tende a aumentar, basicamente, devido ao acréscimo de temperatura, de CO2 e ao avanço tecnológico. A variação da resposta entre os diferentes cortes de cana deve-se ao fato de que os mesmos permanecem no campo em diferentes períodos do ano. Observa-se que a variação das PRs nos diferentes cenários obedece ao mesmo padrão das PPs de cada tipo de cana e que a PR acompanha a tendência da PP, desde que o déficit hídrico seja o mesmo. Se houver aumento ou diminuição no déficit hídrico, a PR integrará os efeitos das variáveis que condicionam a PP, bem como o déficit hídrico. O aumento da produtividade da cana-de-açúcar observado na ocorrência de mudanças climáticas globais poderá ter impactos importantes no setor canavieiro, como a possibilidade de a cultura ser expandida para regiões que estão inviabilizadas de produzir. No entanto, com o aumento da temperatura e a conseqüente elevação das taxas de evapotranspiração, haverá maiores deficiências hídricas, o que exigirá o uso da irrigação, especialmente para as canas socas precoces e médias, que enfrentaram períodos mais longos com baixa disponibilidade de água no solo. / Recent studies show increasingly higher concentrations of greenhouse effect gases in the atmosphere since the Industrial Revolution. The major responsibility for the global warming is attributed to such increase, caused by gases resulting mainly from anthropic activities like burning fossil combustibles and deforestation. Other than temperature, precipitation has also suffered variations due to these practices; furthermore, the climatic projections for this century indicate the possibility of severe consequences for human beings. Agricultural activity depends largely on climatic factors, hence changes in these factors will affect the yield rate of crops, thus adversely affecting the agribusiness as a whole. In this work, an agricultural meteorological model was used to estimate the yield rate of sugarcane activity in the Piracicaba region, SP. Based on future scenarios presented in the fourth report by the Intergovernmental Panel on Climate Changes (IPCC) and taking into consideration technological advances, it was proceeded an evaluation on the yielding rate of that crop, of the possible impacts caused by changes in temperature, precipitation, insolation and CO2 concentration in the atmosphere. Through the climate change scenarios adopted in this study, it can be observed an increase of the potential evapotranspiration (ETP). Actual evapotranspiration itself also tends to increase, although in a lesser degree than the ETP, since the influence of an increase in temperature is minimized by the variation of the hydrological regimen. The results show a reduction in the availability of water resources, with an increase in deficiencies and a reduction in excesses. Increasingly higher temperatures will cause an increase of the potential productivity (PP), since that variable affects positively the efficiency of the photosynthetic processes of C4 plants. Regarding the actual productivities (PR), in which the effect of the water deficit on PP is considered, it can be observed that the variation is similar to the one obtained for PP. This increase is due to an increase in temperature, in CO2 and to technological advance. The variation of response among different cuts of sugarcane arises from their staying in the field in different periods of the year. The variation of the PRs in different scenarios follows the same pattern as the PPs of each kind of sugarcane, provided that the water deficit is the same. If an increase or decrease of the water deficit occurs, the PR will integrate the effects of the variables that condition PP, as well as the water deficit. The observed increase in sugarcane productivity resulting from global climate changes may have important impacts on the sugarcane sector, such as the possibility that the crop will expand to regions now unfeasible for production. However, with the increase in temperature and the consequent increase in the evapotranspiration rates there will be higher hydric deficiencies, which will require the use of irrigation, especially for early and medium sugarcane ratoon crops hit by longer periods of low availability of water in the soil.

A escassez de água é um dos fatores mais limitantes à produção agrícola. O entendimento dos fatores que regem a extração da água do solo por plantas e a sua distribuição ao longo do sistema radicular em condições hidráulicas contrastantes é importante para o ajuste fino de modelos hidrológicos que servem de referência para modelos de produção vegetal e meteorológicos, entre outros. Com a finalidade de contribuir com o conhecimento sobre a dinâmica da água na rizosfera, nesta dissertação um modelo de partição de extração de água do solo pelas raízes foi descrito e testado experimentalmente. Para poder medir a partição da extração de água do solo por raízes impondo condições contrastantes de teor de água foi criado um ambiente artificial, um lisímetro com dois compartimentos A e B separados fisicamente (split-pot). Foram confeccionados quatro desses lisímetros, preenchidos com material de um solo de textura média e plantados com duas plantas de sorgo (Sorghum bicolor (L.) Moench), dividindo o sistema radicular ao meio entre os compartimentos. Sensores de TDR e tensiômetros foram instalados nos lisímetros para monitoramento do teor de água no solo e referencia para irrigação, respectivamente. O manejo da irrigação adotado foi constituído de quatro fases: I - irrigação apenas do compartimento B e secagem do compartimento A (07/05 25/05); II - secagem dos dois compartimentos (26/05 05/06); III - irrigação do compartimento A e secagem do compartimento B (06/06 14/06); IV - secagem dos dois compartimentos (15/06 - 22/06). O material de solo utilizado foi analisado quanto a suas propriedades hidráulicas. Após o fim do período de monitoramento os lisímetros foram desmontados e os parâmetros radiculares determinados. Para avaliar o desempenho do modelo de extração radicular compararam-se os dados observados de teor de água (obs) com os previstos pelo modelo (mod), utilizando-se a raiz do erro médio quadrático (RMSE) como indicador quantitativo. Incluiu-se um fator de correção para atividade e distribuição do sistema radicular. Para as quatro unidades experimentais, os valores do teor de água variaram devido às lâminas de irrigação aplicadas e a extração de água pela planta. Observaram-se, ainda, muito mais valores positivo de modelados do que observados, o que indica que a resistência hidráulica interna das raízes e mecanismos que impedem o refluxo de água ao solo, não considerados pelo modelo, podem, na verdade, ter um papel importante nas relações hídricas na rizosfera. Concluiu-se que o experimento permitiu fazer observações da extração radicular em condições hidráulicas contrastantes de seu sistema radicular. As plantas demonstraram preferência por extrair água dos compartimentos mais úmidos, interrompendo a exploração dos mais secos. Em diversas ocasiões a liberação da água ao solo foi observada nos compartimentos mais secos. Utilizando-se um fator de eficiência radicular de 0,015, o modelo testado descreveu razoavelmente bem as observações. / Water shortage is one of the most limiting factors for agricultural production. The understanding of factors that rule the extraction of soil water by plants and its distribution along the root system under contrasting hydraulic conditions is important for fine-tuning hydrological models which are a reference for crop growth models, meteorological models, among others. Aiming to contribute with the understanding of water dynamics in the rhizosphere, a model for the description of root water extraction partition was described and experimentally tested in this dissertation. To measure the root water extraction partition under contrasting hydraulic conditions an artificial environment was created: a split-pot lysimeter with two physically divided compartments A and B. Four of these lysimeters were constructed, filled with a medium textured soil and populated by two sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) plants whose root systems were divided among the compartments. TDR and tensiometer equipment was installed in the lysimeters to measure soil water content and as a reference for irrigation, respectively. Irrigation management consisted of four phases: I - irrigation only in compartment B, drying out compartment A (07/May 25/May); II no irrigation, drying out of both compartments (26/May 05/June); III - irrigation only in compartment A, drying out compartment B (06/June 14/June); IV - no irrigation, drying out of both compartments (15/June 22/June). Soil hydraulic properties were determined in laboratory. At the end of the experimental period, lysimeters were disassembled and root system parameters were determined. To evaluate the performance of the root water extraction model, observed water contents were compared with model predictions, using the root means square error (RMSE) as quantitative index. A correction factor for root activity and distribution was included. Water contents were observed to vary in the four lysimeters due to irrigation and root water extraction. Model predictions showed much more positive values of than observed, suggesting that internal root resistance and mechanisms impeding reflux from root to soil, not considered by the model may play an important role in rhizosphere water relations. It is concluded that the experiment permitted to observe root water extraction under contrasting hydraulic conditions in the root system. Plants showed preference for water extraction from the wetter compartments, interrupting the exploitation of the dryer ones. On several occasions, a hydraulic lift (water transfer from roots to soil) was observed in the dry compartments. Using a root system efficiency factor of 0.015, the tested model described the observations reasonably well.

A produção das culturas e, particularmente neste estudo, a de citros, associada às condições climáticas e edáficas, é função da presença de água e nutrientes no solo em época e quantidades apropriadas. Sua falta ou excesso é fator limitante à produção, determinando em muitos casos a sua diminuição. O objetivo do presente trabalho foi a avaliação do consumo de água de pomares de citros em Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico argissólico, pela determinação do balanço hídrico no solo, na busca de explicar cientificamente o comportamento hídrico dessa cultura neste solo ao longo do ano agrícola e a influência do consumo de água sobre a produtividade da cultura. O balanço hídrico foi conduzido em duas transeções com 20 plantas e 100 m de comprimento (7 x 4 m), localizadas no campo experimental de citros, Departamento de Produção Vegetal, Esalq/USP, município de Piracicaba (SP). A condutividade hidráulica para a profundidade controle (1,10 m) foi determinada pelo método do perfil instantâneo conduzido em área adjacente. O armazenamento foi determinado com o uso de sonda de nêutrons. A drenagem interna e/ou ascensão capilar foi medida pela leitura diária de três tensiômetros instalados na projeção da copa (2 m do tronco) das 40 plantas em três profundidades: 1,00 m, 1,10 m e 1,20 m. A precipitação pluvial foi medida por pluviôgrafo instalado na área e foi considerada normal para o período do ano monitorado (agosto-agosto). A extração de água por uma planta do pomar também foi medida pela instalação de tensiômetros nas profundidades 0.2 m, 0.4 m, 0.6 m, 0.8 m e 1.0 m e a 0.4 m, 0.8 m, 1.2 m, 1,6 m e 2.0 m do tronco em direção à linha e em direção à entrelinha. A evapotranspiração da cultura (ETc) média desta comunidade de plantas foi de 1271 mm, sendo a variação da ETc diária entre 0,4 e 8,3 mm dia -1 e a razão ETc/ECA variando entre 0,3 e 1,5 para os meses de menor e maior necessidade hídrica. A camada de 0,40 à 0,60 m de profundidade mostrou ser que a cultura de citros apresenta maior volume de raízes. Em futuros projetos de irrigação por gotejadores (irrigação localizada) para a cultura de citros, a distância de 0,40 m do tronco deve ser a adotada para a obtenção da melhor eficiência. / The agricultural yield and, particularly in this study, the citrus yield, associated to weather and soil conditions, is dependent on the presence of water and nutrients in the soil in appropriate amounts along the time. Its lack or excess is a limiting factor to the production, determining in many cases its decrease. The objective of the present work was to evaluate the water consumption by citrus orchards in a Latossolo Vermelho Amarelo(Oxisol), by the means of the soil water balance determination aiming at the scientific explanation of the hydric behavior of this crops in this soil, along the agricultural year, and the influence of the water consumption on the crop productivity. The soil water balance was determined in two transects, 100 m length (7 x 4 m) and 20 plants each, located at the experimental fields of the Vegetable Crop Department, Esalq/USP, Piracicaba (SP - Brazil). The hydraulic conductivity for the control depth (1,10 m) was determined by the instantaneous profile method carried out in an adjacent area. The water storage was measured by a neutron probe. The internal drainage and/or capillary rise was measured by the daily reading of three tensiometers installed under each one of the 40 trees (2 m from stem) at three depths: 1.00 m, 1.10 m and 1.20 m. The rainfall was measured by means of a pluviographer installed in the area and it was considered normal for the period of the monitored year (August-August). Water extraction of one plant of the orchard was also assessed installing tensiometers at the depths 0.2 m, 0.4 m, 0.6 m, 0.8 and 1.0 and 0.4 m, 0.8 m, 1.2 m, 1.6 m and 2,0 from the stem along and perpendicular to the plants line. The annual evapotranspiration of the crop (Etc) was 1271 mm and the daily one varied from 0.4 to 8.3 mm dia -1 . The ETc/ECA ratio varied from 0.3 to 1.5 for the months with lowest and highest water need. The soil layer in which the citrus presented the highest volume of roots was 0,40 – 0,60 m. In future drip irrigation projects (trickle irrigation) for the citrus, the distance of 0.40 m from stem should be adopted to obtain the highest irrigation efficiency.

Northeastern Brazil is hydrologically characterized by recurrent droughts leading to a highly vulnerable natural water resource system. The region contains the Caatinga biome, a sparsely studied ecosystem, covering an area of approximately 800,000 km2. Reduced wateravailability is projected to take place in large regions of the globe, including Northeastern Brazil. Given the strong interactions between climate and vegetation, research has addressed climate change effects on natural and agricultural ecosystems. In this context, soil hydraulic properties are essential to assess soil water flow, and thus the ability of soil to supply water to plants at potential rates under different ranges of pressure head. Based on that, the aims of this thesis are: to increase insight in water balance components for the Caatinga biome, under current and future climate scenarios; and to assess the ability of soils in supplying water to plants by the further development of an existing matric flux potential approach, followed by its application to a group of soils from two Brazilian climatic zones (semi-arid and subhumid). Both for current and future climate scenarios, hydrological simulations were performed with SWAP model parameterized for a preserved Caatinga basin of 12 km2. The validation of the simulations was performed using a dataset of daily soil-water content measurements taken at 0.2 m depth in the period from 2004 to 2012. The soil water supplying capacity was evaluated through a multilayer matric flux potential approach, coupling the soil hydraulic properties, root length density and plant transpiration. Regarding the current climate conditions, the Caatinga biome returns 75% of the annual precipitation to the atmosphere, whereas the partitioning of total evapotranspiration into its components (transpiration, evaporation and interception) on annual basis accounts for 41%, 40% and 19%, respectively. Evapotranspiration and air temperature are most sensitive to soil moisture during the periods June-September and December-January. Concerning the future climate, transpiration was enhanced by 36%, soil evaporation and interception losses reduced by 16% and 34%, respectively. The amount of precipitation returned to the atmosphere was on average 98%. For both climate scenarios, the soil-plant-atmosphere fluxes seem to be controlled by the surface soil layer (0-0.2 m) which provides, on average, 80% of the total transpiration, suggesting that the Caatinga biome may become completely soil-water pulse dominated under scenarios of reduced water availability. The matric flux potential analysis revealed that soils from the semiarid zone were able to deliver water to plants at potential rates under a wider range of bulk soil pressure head (-36 to -148 m), whereas the soils from the wetter zone showed more hydraulic restriction with limiting soil water potential above -1.5 m. For the analyzed soils, only a negligible increase in available water results from decreasing the root water potential below -150 m, therefore, in order to adapt to water-limited conditions, plant species may invest in other adaptive strategies, rather than spending energy in structures that allow a reduction of the lower suction limit in their tissues. / O Nordeste do Brasil é hidrologicamente caracterizado por secas recorrentes, tornando os recursos hídricos naturais altamente vulneráveis. Nesta região está o bioma Caatinga, ocupando uma área de aproximadamente 800.000 km2. Cenários de déficit hídrico são projetados para grandes regiões do globo, incluindo o Nordeste brasileiro. Devido às interações entre clima e vegetação, várias pesquisas têm abordado os efeitos das mudanças climáticas sobre os ecossistemas naturais e agrícolas. Neste contexto, as propriedades hidráulicas do solo são essenciais para avaliar o movimento de água, e assim a capacidade de fornecimento de água às plantas. Com base nesta contextualização, os objetivos desta tese são: simular os componentes do balanço hídrico do bioma Caatinga para cenários climáticos atuais e futuros; e avaliar a capacidade de alguns solos em fornecer água às plantas a partir de uma abordagem de potencial de fluxo matricial. Para os cenários climáticos atuais e futuros, simulações hidrológicas foram realizadas com o modelo SWAP, parametrizado para uma microbacia de 12 km2, inserida em área de Caatinga preservada. A validação das simulações foi processada a partir de medidas diárias do conteúdo de água do solo na profundidade de 0,2 m no período de 2004 a 2012. A capacidade do solo em fornecer água às plantas foi avaliada através da atualização de uma função de potencial de fluxo matricial, que acopla as propriedades hidráulicas do solo, densidade de comprimento radicular e transpiração das plantas, aplicada a um grupo de solos da zona climática semiárida e sub-úmida. Como resultados principais destacam-se: nas condições climáticas atuais, o bioma Caatinga retorna 75% da precipitação anual para a atmosfera como evapotranspiração, particionada entre seus componentes (transpiração, evaporação e intercepção) em 41%, 40% e 19%, respectivamente. Evapotranspiração e temperatura do ar foram sensíveis à umidade do solo durante os períodos de junho-setembro e dezembro-janeiro. Em relação ao cenário climático futuro, a taxa de transpiração foi acrescida em 36%. A evaporação do solo e a interceptação foram reduzidas em 16% e 34%, respectivamente. A quantidade de precipitação devolvida para a atmosfera foi em média 98%. Para ambos os cenários climáticos, é sugerido que os fluxos de água no sistema solo-planta-atmosfera são controlados pela camada superior do solo (0-0,2 m), fornecendo, em média, 80% do total transpirado, indicando que, caso os cenários de disponibilidade hídrica reduzida se confirmem, o bioma Caatinga pode se tornar completamente dependente dos pulsos de água no solo. A partir do potencial de fluxo matricial limitante revelou-se que os solos da região semiárida são capazes de manter o fluxo de água às plantas em taxas potenciais em condições de solo seco (potencial matricial limitante variando de -36 a -148 m), enquanto que, os solos da região mais úmida indicaram severa restrição hidráulica, com potencial matricial limitante maior do que -1,5 m. Ainda para os solos analisados, a atribuição de potencial na superfície da raiz inferior a -150 m não ocasionou aumento de disponibilidade hídrica, indicando que valores menores que -150 m não implicam em uma estratégia viável para suportar baixa disponibilidade hídrica.