Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2014-09-24T11:36:14Z No. of bitstreams: 1 ADERVAL BARROS DA SILVA.pdf: 908094 bytes, checksum: 131bc077df65b89fbddfba25757cf151 (MD5) / Approved for entry into archive by Jose Neves (neves@ufba.br) on 2016-06-03T21:19:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ADERVAL BARROS DA SILVA.pdf: 908094 bytes, checksum: 131bc077df65b89fbddfba25757cf151 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-03T21:19:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ADERVAL BARROS DA SILVA.pdf: 908094 bytes, checksum: 131bc077df65b89fbddfba25757cf151 (MD5) / Neste trabalho foram medidas as composições isotópicas de amostras de água dos reservatórios de França e de São José do Jacuípe, localizados na sub-bacia do Rio Jacuípe, amostradas em outubro (2003); junho (2004); setembro (2004) e março (2005) em vários pontos das barragens. Além das razões \O^{18}/\O^{16}\ e D/H, determinadas no Laboratório de Física Nuclear da UFBa, também foram medidos, \emph{in situ}, os parâmetros físico-químicos de condutividade elétrica, sólidos totais dissolvidos, oxigênio dissolvido, temperatura e pH. O comportamento das composições isotópicas nos vários pontos amostrados permitiu selecionar um grupo representativo da composição isotópica das barragens, separados dos que apresentaram indicação de interferência local de outras fontes de água. A partir desses pontos representativos foram construidas as linhas de evaporação nos diagramas $\delta$\O^{18} X $\delta$D características dos reservatórios. A partir da equação de Rayleigh para a evolução isotópica de um corpo de água em evaporação, incluindo além do fracionamento isotópico de equilíbrio líquido/vapor, o fracionamento cinético em função da umidade relativa do ar, foram calculadas as linhas de evaporação para uma faixa de valores em torno das condições médias de temperatura e umidade relativa do ar características da região. A comparação entre a simulação e os valores observados para a composição isotópica da água nas barragens levou a caracterização, para uma temperatura média de 25^{0}C para a região, de uma umidade relativa média de 80% acima da barragem de França e 85% acima da barragem de São José do Jacuípe. Baseado no intervalo entre as amostragens do início de junho e meados de setembro de 2004, período em que a quantidade de precipitação na região foi muito pequena, foi calculado a fração do volume evaporado no reservatório de França, correspondente à variação da composição isotópica nesse período, conduzindo a uma evaporação de 10% do volume acumulado no reservatórios de França no início do período considerado. Este resultado foi comparado com os dados hidrológicos disponiveis da ANA e SRH para a região, que apesar da grande incerteza de alguns deles conduzem a um balanço hídrico comparável, mostrando que o acompanhamento isotópico poderá contribuir de uma maneira significativa para a quantificação da evaporação. / Abstract This work presents an isotope based characterization of Fran¸ca and S˜ao Jos´e do Jacu´ıpe reservoirs localized on the Jacu´ıpe River, tributary of the Paragua¸cu River Basin. Thirteen points of the reservoirs were sampled in four occasions, october/2003, june/2004, september/2004 and march 2005. In addition to the measurements of the isotopic ratios 18O/16O and 2H/1H (D/H), it was also measured the physico-chemical parameters of electrical conductivity, total dissolved salts, dissolved oxygen, temperature and pH. The pattern of the isotopic composition of the several sampled points allowed to separate those representative of the isotopic composition of each reservoir from others with interference of local sources of water. From these points, plotted in a 18O versus D diagram, was obtained the evaporation line characteristic of each reservoir. Using the Rayleigh equation for the isotopic evolution of an evaporating water body including the kinectic fractionation dependent on the atmospheric humidity, besides the equilibrium isotopic fractionation dependent on the temperature, it was simulated the evaporation line for a set of values of temperature and humidity around the typical ones for the region. The comparison between the simulation and the observed data led to the fit, for a temperature of 250C, of a humidity of 80% above the Fran¸ca reservoir and 85% above the S˜ao Jos´e do Jacu´ıpe reservoir. Taking the interval between the second and third sampling, when the amount of precipitation in the region was very small, and based on the variation of isotopic composition of the Fran¸ca reservoir observed in this interval, it was calculated the fraction of the volume evaporated, leading to a evaporation of around 10% of volume in Fran¸ca. This result was compared with data from ANA and SRH agencies for the region that, even though with large uncertainties, lead to a comparable water balance for the period, showing that the isotopic monitoring can contribute to the quantification of the evaporation of reservoirs in our region. Keywords: 1. stable isotopes, 2. oxygen-18, 3. deuterium, 4. water balance, 5. isotopic enrichment, 6. reservoir evaporation.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / With the main objective to evaluate the hydrological behavior of the vertical mulching in no tillage system, this work have been realized in 2002/2003 and 2003/2004 agricultural years on Latossolo Vermelho Distrófico típico in the plateaus of Rio Grande do Sul State. For this, two experiments have been installed. The experiment one consisted of parcels without vertical mulching, with vertical mulching each 10 m and with mulching each 5 m, in the experimental delineation blocks by chance with three repetitions. Experiment 2 has been consisted of three parcels: the first without vertical mulching; the second with vertical mulching each 20 m and the third with vertical mulching each 10 m. All the furrows of vertical mulching had dimensions of 0,08 x 0,38 m and the length in accordance to the width of the parcel, filled with lightly compacted straw to provide stability to the walls of the furrow. In experiment 1 rain simulations have been made with two intensities (70 e 106 mm h-1) at two distinct periods, to determine the superficial runoff, the tax of basic infiltration and the concentration of lost nutrients by the torrent. The presence of vertical mulching reduces the total losses of nutrients due to the reduction of the superficial runoff. In experiment 2 the hydrous balance has been carried through. Infiltrations in furrows of different have been also determined. Vertical mulching postpones the beginning time of the superficial runoff in no tillage system and reduces the volume of superficial runoff significantly, increasing the tax of basic infiltration. In the periods that the hydrous balance has been carried through, difference was not verified among the treatments in relation to the real evapotranspiration. How deeper the furrow depth is, higher the basic infiltration tax, since the horizontal basic infiltration tax has greater importance in deepers furrows. / Com o objetivo principal de avaliar o comportamento hidrológico do mulching vertical em sistema plantio direto, realizou-se este trabalho nos anos agrícolas 2002/2003 e 2003/2004 em Latossolo Vermelho Distrófico típico no planalto do Rio Grande do Sul. Para tanto foram instalados dois experimentos, dos quais o experimento 1 consistiu de parcelas sem mulching vertical, com mulching vertical a cada 10 m e com mulching vertical a cada 5 m, no delineamento experimental blocos ao acaso com três repetições. O experimento 2 consistiu de três parcelas, sendo que uma sem mulching vertical, outra com mulching vertical a cada 20 m e a terceira com mulching vertical a cada 10 m. Todos os sulcos de mulching vertical tinham dimensões de 0,08 x 0,38 m e o comprimento de acordo com a largura da parcela, preenchidos com palha levemente compactada para proporcionar estabilidade às paredes do sulco. No experimento 1 foram feitas simulações de chuva com duas intensidades (70 e 106 mm h-1) em duas épocas distintas, para determinar o escoamento superficial, a taxa de infiltração básica e a concentração de nutrientes perdidos pela enxurrada. A presença de mulching vertical reduz as perdas totais de nutrientes devido à redução do escoamento superficial. No experimento 2 foi realizado o balanço hídrico. Também foram determinadas as infiltrações em sulcos de diferentes. O mulching vertical protela o tempo para início do escoamento superficial em sistema plantio direto e reduz significativamente o volume de escoamento superficial, aumentando a taxa de infiltração básica. Nos períodos em que foi realizado o balanço hídrico, não foi verificada diferença entre os tratamentos no que se refere à evapotranspiração real. Quanto maior a profundidade do sulco, maior a taxa de infiltração básica, sendo que a taxa de infiltração básica horizontal tem maior importância em sulcos de maior profundidade.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The purpose of this study is the monitoring of the behaviour of variables involved in determining the hydrological water balance by means of lysimeters installed in a small basin in the central depression of Rio Grande do Sul. The controlled variables were the precipitation, the runoff, the infiltration and storage of water in the soil. This work also presents the procedures for installation and repair of one volumetric lysimeters, besides the physical characterization of the area studied. The evaluation of water balance through of lysimeters measures considered different time scales and the daily evapotranspiration were obtained for intervals of 5 and 10 days. Due to structural problems with the lysimeters the evaluation of variables runoff, infiltration and evapotranspiration was undermined during the period of repair of the lysimeters (June 2008 to December 2008), and these variables only was available after this period (January to April 2009). The variables precipitation and water storage in soil were evaluated during all the period studied (June 2008 to April 2009). The monitoring of the storage of water in the soil within the lysimeters was performed by means of tensiometers vaccum-type installed at depths of 10, 30 and 70 centimeter and then also analyzed by use of equipment TDR installed at 30 centimeter of depth, outside the lysimeters. The results showed that in wet periods the soil moisture is higher in the depth of 10 centimeter, whereas in dry periods there is a higher concentration of moisture at depth of 70 centimeter. The lowest values of moisture were obtained for depth of 30 centimeter both in wet and in dry period. The storage of water in the soil measured by tensiometers and TDR to the depth of 30 centimeter follows the same trend of variation, even with the tensiometers located inside the lysimeters and TDR outside it. However, the storage measured by the tensiometers was higher and presented more changes in relation to storage measured with TDR's help. The water balance in the daily scale developed from measures lysimeters through of the equipment referred in this study, does not show good results, especially in periods in which heavy rain occurs, overestimating or underestimating the evapotranspiration. Already for periods of 5 and 10 days, there are better results when compared with the daily scale. / Este trabalho tem por objetivo monitorar o comportamento das variáveis hidrológicas envolvidas no balanço hídrico, a partir de dados lisimétricos, em uma pequena bacia hidrográfica característica do bioma Mata Atlântica, sob as condições climáticas da depressão central do estado do Rio Grande do Sul. As variáveis controladas junto ao lisímetro foram a precipitação, o escoamento superficial, a infiltração, o armazenamento de água no solo e a evapotranspiração. O trabalho apresenta ainda os procedimentos de instalação e reparos de um lisímetro de drenagem, alem da caracterização física da área em estudo. A avaliação do balanço hídrico por meio de determinações lisimétricas considerou diferentes escalas temporais, sendo a evapotranspiração obtida em intervalos diários, de 5 e de 10 dias. Devido a problemas estruturais com o lisímetro, a avaliação das variáveis escoamento superficial, infiltração e evapotranspiração foi prejudicada durante o período anterior ao concerto do lisímetro (junho de 2008 a dezembro de 2008), sendo estas variáveis monitoradas apenas para o período posterior ao concerto do lisímetro (janeiro a abril de 2009). Já as variáveis precipitação e armazenamento de água no solo, foram avaliadas durante todo o período de estudo (junho de 2008 a abril de 2009). O monitoramento do potencial de água no solo para determinar o armazenamento de água no solo no interior do lisímetro, foi realizado por meio de tensiômetros do tipo vacuômetro instalados nas profundidades de 10, 30 e 70 cm. O conteúdo volumétrico de água no solo foi monitorado com TDR instalado a 30 cm de profundidade, externamente ao lisímetro. Os resultados demonstram que nos períodos úmidos o conteúdo de água no solo é maior na profundidade de 10 cm, enquanto que nos períodos secos observa-se uma maior concentração na profundidade de 70 cm. Na profundidade de 30 cm têm-se os menores valores de conteúdo de água no solo tanto no período úmido quanto no período seco. O armazenamento de água no solo, determinado com dados do tensiômetro e do TDR, para a profundidade de 30 cm, segue uma mesma tendência de variação, mesmo com o tensiômetro estando localizado no interior do lisímetro e o TDR fora do mesmo. No entanto, o armazenamento computado com dados do tensiômetro foi superior, alem de apresentar maiores variações em relação ao armazenamento determinado pelo TDR. O balanço hídrico em escala diária, elaborado a partir de dados lisimétricos, pelo uso do equipamento referido neste estudo, não apresenta bons resultados, principalmente nos períodos em que ocorrem precipitações elevadas, superestimando ou subestimando a evapotranspiração. Já para períodos de 5 e 10 dias, observam-se resultados mais satisfatórios, quando comparados a escala diária.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The real time determination and future of evapotranspiration (ET) can contribute to more efficient management of irrigation. The objective of this study was: (i) to evaluate the accuracy of the estimate of the reference evapotranspiration (ETo) calculated on daily data of the weather forecast for seven future days (EToest), to different locations, growing seasons and periods with and without and rain; (Ii) evaluate the impact of using the EToest in the water balance of a soil cultivated with corn. The estimate ETo was performed to Santa Maria - RS and Crystalline and Morrinhos - GO. The collection of weather forecast data was carried out between June 26, 2011 to March 31 2014 was collected-daily (6:00 AM), the site: http://www.tempoagora.com.br/, the forecast data maximum temperature (Tmax) and minimum (Tmin) air, maximum relative humidity (RHmax) and minimum (RHmin) and wind speed (U2) for the next seven days. The EToest calculation was carried out by FAO-Penman-Monteith (FAO PM) and Hargreaves methods. The ETo observed day (EToday) was calculated by the FAO- PM method with data measured by automatic weather station of the National Institute of Meteorology (INMET). The values of EToest (est+1 the est+7) were compared with the values observed daily (ETodia). The accuracy of the estimated EToest was evaluated using statistical indicators (coefficient of determination - R2, slope - b, mean square error of the square root -RMSE and average error - ME). For the analysis of the water balance of a soil cultivated with corn, a field experiment was accomplished in the year 2011/12, in an area of UFSM. The experimental design was a completely randomized factorial design with four replications. The factor "A" consisted of two methods of calculation to estimate crop evapotranspiration (ETc): (i) using crop coefficient (Kc) and simple; (Ii) using dual Kc. The "D" factor consisted of four irrigation strategies: (i) 100% replacement of ETc; (ii) 75% replacement of ETc; (iii) 50% of ETc and replacement; (iv) 25% of replacement etc. The volumetric water content and available soil were simulated is compared with the measured (100% tartamento simple Kc). The results are an overestimation of EToest (>0,04 and <0,72 mm day-1) for the three sites, attributed to overestimation of Tmax by the weather forecast, a variable that showed high association with EToest (R2 0,60). This overestimation of EToest is reduced as the estimation approximates the observed daily. The differences between the ETodia and EToest, has small inlfuência the results of the soil water balance (RMSE less than 10 mm for the available water). Thus, EToest can be an alternative for determining the need for crop irrigation in future time, contributing to the management of irrigated activity and for the most efficient use of natural resources and other agricultural. / A determinação em tempo real e futuro da evapotranspiração (ET) pode contribuir para a maior eficiência no gerenciamento da irrigação. Assim, o objetivo do presente trabalho foi: (i) avaliar a precisão da estimativa da evapotranspiração de referência (ETo) calculada com dados diários da previsão meteorológica para sete dias futuros (EToest), para diferentes locais, anos agrícolas e períodos com e sem chuvas e; (ii) avaliar o impacto da utilização da EToest no balanço hídrico de um solo cultivado com milho. A estimativa da ETo foi realizada para Santa Maria - RS e para Cristalina e Morrinhos - GO. A coleta de dados da previsão meteorológica foi realizada entre 26 de junho de 2011 a 31 de março de 2014. Coletou-se, diariamente (6:00 AM), do site: http://www.tempoagora.com.br/, os dados de previsão de temperatura máxima (Tmax) e mínima (Tmin) do ar, umidade relativa máxima (RHmax) e mínima (RHmin) do ar e velocidade do vento (U2), para os próximos sete dias. O cálculo da EToest foi realizado pelos métodos FAO-Penman-Monteith (FAO PM) e Hargreaves. A ETo do dia observado (ETodia) foi calculada pelo método FAO PM, com dados medidos pela estação meteorológica automática do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Os valores de EToest (est+1 a est+7) foram comparados com os valores do dia observado (ETodia). A precisão da estimativa da EToest foi avaliada a partir de indicadores estatísticos (coeficiente de determinação - R2, coeficiente angular - b, raiz quadrada do erro quadrático médio -RMSE e erro médio - ME). Para a análise do balanço hídrico de um solo cultivado com milho, um experimento de campo foi realizado no ano agrícola 2011/12, em área experimental da UFSM. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado, bifatorial, com quatro repetições. O fator A constituiu de duas metodologias de cálculo para a estimativa da evapotranspiração da cultura (ETc): (i) utilizando coeficiente de cultivo (Kc) simples e; (ii) utilizando Kc dual. O fator D foi constituído de quatro estratégias de irrigação: (i) 100% de reposição da ETc; (ii) 75% de reposição da ETc; (iii) 50% de reposição da ETc e; (iv) 25% de reposição da ETc. O conteúdo volumétrico e a água disponível no solo simulados foram comparados com os medidos (tratamento 100% com Kc simples). Os resultados são de uma superestimativa média da EToest (>0,04 e <0,72 mm dia-1) para os três locais, atribuída a superestimativa da Tmax pela previsão meteorológica, variável que apresentou elevada associação com a EToest (R2 de 0,60). Essa superestimativa da EToest é reduzida à medida que a estimativa se aproxima do dia observado. As diferenças entre a ETodia e a EToest, tem pequena inlfuência nos resultados do balanço hídrico do solo (RMSE inferior a 10 mm para a água disponível). Assim, a EToest pode ser uma alternativa para a determinação da necessidade de irrigação das culturas em tempo futuro, contribuindo para o gerenciamento da atividade irrigada e para a maior eficiência na utilização dos recursos naturais e demais insumos agrícolas.

Submitted by ALBERTO MARIO ARROYO AVILEZ (betomario1494@gmail.com) on 2018-04-27T18:12:10Z No. of bitstreams: 1 Alberto Dissertação.pdf: 4738116 bytes, checksum: 35e2e74aeb9df80e1293e0d8b7058b03 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Lucia Martins Frederico null (mlucia@fca.unesp.br) on 2018-04-27T18:39:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 arroyo avilez_am_me_botfca.pdf: 4694416 bytes, checksum: 5ca8a2a96f1216d720e3f0234fbeac86 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-27T18:39:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arroyo avilez_am_me_botfca.pdf: 4694416 bytes, checksum: 5ca8a2a96f1216d720e3f0234fbeac86 (MD5) Previous issue date: 2018-03-02 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / A cultura da cana de açúcar tem grande importância econômica e é uma das principais culturas na região Noroeste Paulista. Para máximas produtividades e eficiência do uso da água cabe ao produtor desta cultura compreender a necessidade hídrica, quantificando o volume de água necessário durante o seu ciclo de desenvolvimento e, para tanto, o conhecimento da evapotranspiração da referência (ETo) e dos coeficientes de cultura (Kc) ao longo do ciclo, os quais são fundamentais como estratégia de manejo quando a opção de controle é baseada via atmosfera. Neste trabalho o objetivo foi determinar a necessidade hídrica total e a média diária da cultura da cana-de-açúcar no Noroeste Paulista, realizar o balanço hídrico e manejo da irrigação usando um sistema de irrigação por gotejamento e estimar a relação ETa/ETo usando o modelo SAFER (Simple Algorithm for Retrieving Evapotranspiration). A necessidade hídrica total variou entre 1000 mm/safra e 1600 mm/safra dependendo da duração do ciclo da cultura, a necessidade diária teve uma variação entre os 3,6 mm dia-1 e 4,2 mm dia-1, dependente do valor da ETo. Observou-se que o sistema de irrigação não consegue aplicar a lâmina diária necessária para a cultura, em média aos 4,1 mm dia-1. O manejo de irrigação recomendado foi de um turno de rega fixo de 5 dias. No cálculo da relação ETa/ETo, o comportamento da curva formada pelos valores determinados mostrou coerência com as curvas encontradas na literatura, entretanto os valores encontrados foram menores do que aqueles recomendados, mas ainda assim favoráveis para o estudo da necessidade de água da cana-de-açúcar no Noroeste Paulista, devendo-se continuar com estudos que calibrem o algoritmo SAFER para obtenção de melhores resultados. / The culture of sugarcane has great economic importance and is one of the main crops in the Northwest region of São Paulo state. For maximum productivity and water use efficiency, it is the responsibility of the grower of this crop to understand the water requirement, quantifying the volume of water required during its development cycle and, therefore, knowledge of reference evapotranspiration (ETo) and crop coefficients (Kc) during the cycle which are fundamental as a management strategy when the control option is based via atmosphere. In this work the objective was to determine the daily and total daily water requirement of the sugarcane crop in Northwest of the São Paulo state, to perform the water balance and irrigation management using a drip irrigation system and estimate the ETa/ETo ratio using the SAFER (Simple Algorithm for Retrieving Evapotranspiration) model, the total water requirement ranged from 1000 mm /crop to 1600 mm /crop depending on the duration of the culture cycle, the daily requirement had a variation between 3.6 mm /day and 4.2 mm /day, depending of the value of ETo. It was observed that the irrigation system can’t apply the daily blade needed by the crop on average to 4.1 mm /day. The irrigation management recomm ended was a fixed irrigation shift of 5 days. In the calculation of the ETa/ETo ratio, the behavior of the curve formed by the determined values showed coherence with the curves found in the literature, however the values found were lower than those recomm ended but still favorable for the study of the needed of sugarcane water in the Northwest of São Paulo state region, and it is necessary to continue studies that calibrate the SAFER algorithm to obtain better results.

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

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.

Atualmente o mundo vive uma fase de mudança da matriz energética, onde fontes mais limpas e renováveis de energia estão sendo cada vez mais utilizadas. Considerando o eminente cenário de escassez dos recursos hídricos, além da necessidade de produzir energia mais limpa, existe a necessidade de racionalizar o uso da água e para isso é preciso estudar o consumo hídrico das culturas. Assim, este projeto terá como objetivos calibrar e utilizar medidas de fluxo de seiva obtidas pelo método de dissipação térmica (MDT) para determinar a transpiração do pinhão-manso (Jatropha curcas L.). Para a calibração foram utilizadas plantas de pinhão-manso cultivadas em casa de vegetação dentro de vasos de 250 L. Estes vasos foram acondicionados sobre lisímetros de pesagem e tiveram sua superfície coberta para evitar a evaporação da água do solo. A calibração foi realizada durante 60 dias consecutivos, quando durante os primeiros 15 dias o solo foi mantido com umidade próxima da condição de capacidade de vaso por meio de irrigações frequentes, seguido de 30 dias de redução da umidade do solo devido a supressão da irrigação e de 15 dias finais com o retorno da irrigação para a recuperação da hidratação das plantas. A transpiração foi determinada nos lisímetros e estes dados foram utilizados para calibrar as medidas obtidas por sensores de fluxo de seiva inseridos no tronco das plantas. Após a calibração, os sensores foram instalados em campo para monitorar a transpiração de plantas cultivadas sob irrigação por pivô central, gotejamento e sem irrigação. Aliado a diferentes tipos de poda a que foram submetidas as plantas, avaliou-se a combinação do consumo de água das plantas de pinhão-manso associado a estes tratamentos de podas. Como esperado o método de dissipação térmica apresentou-se como sendo confiável para determinação da transpiração de pinhão-manso, permitindo que a metodologia pudesse ser utilizada em campo. Foi verificado efeito significativo da irrigação, dos tipos de poda e da época de avaliação após a poda para a altura de plantas, diâmetro e volume de copa e IAF. Observou-se valores de ETc de 6,96; 7,54 e 6,57 mm dia-1 para os tratamentos de irrigação localizada, pivô central e sem irrigação, respectivamente. / Today the world is going through a phase of changing the energy matrix, where cleaner and renewable sources of energy are being used more and more. Considering the imminent scenario of scarcity of water resources, in addition to the need to produce cleaner energy, there is a need to rationalize the use of water and for this we must study the water consumption of crops. Thus, this project will aim to calibrate and use sap flow measurements obtained by the thermal dissipation probe to determine Jatropha curcas L. transpiration. For the calibration, jatropha plants grown under greenhouse conditions were used in 250 L vessels. These vessels were placed on weighing lysimeters and had their surface covered to avoid evaporation of soil water. The calibration was carried out during 60 consecutive days, which during the first 15 days the soil was maintained with humidity near the pot capacity by means of frequent irrigations, followed by 30 days of soil moisture reduction due to suppression of irrigation and of 15 days with the return of irrigation to the recovery of plant hydration. The transpiration was determined in the lysimeters and these data were used to calibrate the measurements obtained by sap flow sensors inserted in the trunk of the plants. After the calibration, the sensors were installed in the field to monitor the transpiration of plants cultivated under central pivot irrigation, drip irrigation and without irrigation. Allied to the different types of pruning to which the plants were submitted, the combination of the water consumption of the jatropha plants associated to these pruning treatments was evaluated. As expected, the thermal dissipation method proved to be reliable for the determination of perspiration of Jatropha, allowing the methodology to be used in the field. It was verified a significant effect of irrigation, pruning types and evaluation period after pruning for plant height, canopy diameter and volume and LAI. ETc values of 6.96; 7.54 and 6.57 mm day-1 for the treatments of localized irrigation, central pivot and without irrigation, respectively.

Goiás e Distrito Federal têm papel importante na cultura canavieira brasileira, da qual GO é o segundo maior produtor. Na definição de aptidão e de riscos climáticos a essa cultura, a ocorrência natural de altos déficits hídricos, como ocorre no centro-oeste do país, tem um efeito preponderante sobre a produtividade, sendo determinante na elaboração de zoneamentos agroecológicos e de riscos para a cana-de-açúcar no Brasil, com a finalidade de orientação de datas de plantio e uso de irrigação que minimizem esse efeito. Com o objetivo de aprofundar o conhecimento e aplicabilidade de índices de aptidão e de riscos climáticos, neste trabalho foram utilizadas séries climáticas de 13 localidades de GO e DF, para estimativa de três índices baseados no balanço hídrico de Thornthwaite-Mather calculado por três formas: climatológico médio e sequenciais (climatológico e de cultura), para dois tipos de solo. O índice de aptidão climática (APClima) considerou o déficit acumulado no ciclo de plantio fornecido pelo BH sequencial climatológico e o índice de satisfação da necessidade de água (ISNA) no período crítico da cultura, simulando-se períodos de cultivo com duração de 12 meses (cana-planta), com plantios no primeiro decêndio dos bimestres do ano. Outros, dois índices de risco (IRClima; IRCultura) originaram-se dos BHs sequenciais, utilizando valores acumulados de DEF para a definição de classes de aptidão (apta, marginal e inapta). Também foram utilizados fatores de ponderação e porcentagem de ocorrência das classes de aptidão, gerando-se 5 classes de risco (de muito alto a muito baixo). Na definição das classes foram usados limites de DEF em duas formas, uma, tradicionalmente usada com valores de 200mm e 400mm; e uma ajustada de acordo com valores estimados a partir de correlação dos DEF do BH médio com aqueles gerados pelos balanços sequenciais (DEFcorr). Os resultados mostraram a dificuldade da escolha do índice mais indicado, pois embora tenha-se o BH como base dos três, eles são usados de formas diferentes, além de haver diferenças conceituais entre os mesmos. Entretanto, duas conclusões gerais servem para os índices: a) quando comparados entre si e com mesma forma de cálculo de DEF, não foram observadas diferenças acentuadas nos índices quando se usou CAD 95 ou 125mm/m para cada um dos dois solos adotados; b) o uso de DEFcorr permitiu visualizar um número maior de localidades e janelas de plantio no ano em relação ao zoneamento agroecológico adotado pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. O APClima mostrou-se interessante por permitir a indicação de necessidade de irrigação, seja de salvamento ou complementar, mas mostrou-se mais rígidos que os outro nessas indicações. Os índices originários dos BHs sequenciais (IRClima e IRCultura) levaram a cenários mais favoráveis, com o aumento de janela de plantio com menor risco por efeito de DEF, entretanto suas avaliações não incluem os efeitos da época de sua ocorrência, podendo subestimar os resultados do período seco do ano e demandando maiores estudos. A metodologia proposta no trabalho mostrou-se bastante interessante por permitir maiores informações, consideradas importantes para o planejamento de plantio na região. / The State of Goiás (GO) and Federal District (DF) have an important role in Brazilian sugarcane production, being the second largest producer in the country. In the case of risks and climate suitability to this crop, the natural occurrence of high water stress has major effect on yield, as occurs in the Midwest of the country, being decisive in the development of agro-ecological zoning and risks for sugarcane in the country. In order to understand and apply the climate suitability and risks indexes used in this study, climatic series of 13 localities of GO and DF have been utilized. Thus the Thornthwaite-Mather water balance (BH) was calculated in three ways: the normal climatological, the sequential climatological and the sequential of crop, for two types of soil. The climate suitability index (APClima) considered the cumulative water deficit DEF (potential minus actual evapotranspiration) in the crop cycle, provided by the sequential BH climatological and water requirement satisfaction index (ISNA) in the critical period of crop, simulating up growing seasons of 12 months, with plantations in the first ten days of each bimester of the year. Other two risk indices (IRClima; IRCultura) were originated from sequential BHs using accumulated DEF value to define the suitability classes. In the three indexes, both traditional limits of DEF (200mm and 400mm) as those estimated with adjusted values originated from correlation between the normal and the sequential balances (DEFcorr) were applied. The results showed the difficulty of choosing the best index because although they were based on the BH, there are conceptual differences between them. However, two general conclusions serve for the contents: a) when compared with each other, within the same form of DEF calculation, no pronounced differences have been observed when soil water holding capacity of 95 or 125mm/m was applied, on both types of soil; b) the use of DEFcorr allowed a greater number of localities and planting windows to have better indications, compared to the agro-ecological zoning adopted by the Ministry of Agriculture, Livestock and Supply. The APClima proved to be an interesting index, once it indicates the use of irrigation requirement, either saving or complementary, but it has shown to be more rigorous than the other indices. The indexes originated from sequential BHs (IRClima and IRCultura) led to more favorable scenarios, showing a longer planting window with less risk effect of deficit, although their ratings do not include the effects of the time of its occurrence, and could underestimate the results of dry season.

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.