ALMEIDA, Cícero Lima de. Relações solo-planta-atmosfera em caatinga preservada: o caso da bacia experimental de aiuaba. 2016. 128 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Anderson Silva Pereira (anderson.pereiraaa@gmail.com) on 2017-01-19T21:08:50Z No. of bitstreams: 1 2016_tese_clalmeida.pdf: 2359416 bytes, checksum: 0a72127062c18659749017f15e9fe847 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-01-23T20:25:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_tese_clalmeida.pdf: 2359416 bytes, checksum: 0a72127062c18659749017f15e9fe847 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-23T20:25:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_tese_clalmeida.pdf: 2359416 bytes, checksum: 0a72127062c18659749017f15e9fe847 (MD5) Previous issue date: 2016 / The hydrological balance of a basin is (directly or indirectly) influenced by several factors. The root-system is a factor that has influence over infiltration and surface runoff. However, those interactions are complex and notoriously difficult to observe. Therefore, the objective of this study is to evaluate the influence of root system dynamics on the soil hydraulic properties and associate them with the leaf area index (LAI). Tracing such a connection will make possible to monitor the spatial-temporal changes in the soil hydraulic properties by means of Spectral Vegetation Indexes (SVIs). This study was developed at the Aiuaba Experimental Basin (BEA), a 12 km2 area of preserved arboreal shrub Caatinga, where there are three soil-vegetation associations (SVA). The study was divided into three stages. First, we assessed the main characteristics of the root system and its effect on the saturated hydraulic conductivity of the soil, soil density and total porosity for wet and dry seasons during a hydrological year. In the second part of the research, we investigated the Leaf Area Index (LAI) of the Caatinga vegetation and its correlation with environmental variables (precipitation, evapotranspiration, soil moisture) and spectral vegetation indexes for two years (2014-2015). In the third stage, we studied the connection between soil variables and surface variables, with the objective of monitoring changes in hydrological soil parameters (saturated hydraulic conductivity, porosity and root system variables) with the LAI, as well as with the Spectral Vegetation Indexes. The performed research indicated that the specific root length in the Caatinga is reduced in the dry season relatively to the rainy season. The LAI in the preserved arboreal shrub Caatinga had an average value of 3.7 m² m-2; ranging from zero to 4.7 m² m-2; and its temporal decay rate was the same (-0.021 m² m-2 day-1) in the dry season on the two years of the study. The LAI correlated positively with all environmental variables analyzed, particularly with the average soil moisture of the previous 45 days. All SVI showed a strong correlation to LAI, mainly NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). Therefore, the LAI can be monitored by the environmental variables considered in this Thesis; and its spatial variability can be monitored through SVIs. The seasonal dynamics of the plant stem are associated directly to the root system dynamics. Consequently, the LAI can be used to assess the dynamic root status in the Caatinga biome. In the dry season, the soil permeability is higher than in the wet season, which supports the hypothesis that there is macropore formation during the dry season. The macropores contribute to the increase of water availability in the root zone during this period of the year. This observation agrees with the fact – observed in situ – of the vegetation remaining dormant even with soil moisture at the effective root depth being practically equal to residual moisture during half the year / O balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica é influenciado por diversos fatores que atuam de forma direta ou indireta. Entre os fatores o sistema radicular tem influência sobre a infiltração e o escoamento superficial, no entanto seu estudo é complexo e laborioso. Diante disso, o estudo tem por objetivo principal avaliar a influência da dinâmica radicular sobre as propriedades hidráulicas do solo e associá-las com o índice de área foliar da vegetação (IAF). A partir de uma eventual relação dessa natureza, será possível monitorar as mudanças temporais e espaciais nas propriedades hidráulicas do solo por meio de índices de vegetação espectrais (IVEs). O estudo foi desenvolvido na Bacia Experimental de Aiuaba (BEA), área de Caatinga arbustiva arbórea preservada (12 km²), onde há três associações de solo-vegetação (ASV). Para se chegar ao objetivo, o estudo foi dividido em três partes. Inicialmente avaliaram-se as principais características do sistema radicular e seu efeito sobre a condutividade hidráulica saturada do solo, a densidade do solo e a porosidade total para as estações úmida e seca durante um ano hidrológico. A segunda parte investigou o índice de área foliar e sua correlação com variáveis ambientais (precipitação, evapotranspiração e umidade do solo) e com os índices de vegetação espectrais durante dois anos (2014 – 2015). Ao final, buscou-se compreender a relação entre as variáveis do solo com as de superfície, com o objetivo de se monitorar as alterações nos parâmetros hídricos do solo (condutividade hidráulica saturada, porosidade e variáveis do sistema radicular) com o índice de área foliar, bem como com os índices de vegetação espectrais. A investigação realizada indicou que o comprimento radicular específico da Caatinga reduz-se na estação seca em relação à estação chuvosa. O índice de área foliar na Caatinga arbustiva arbórea preservada apresentou valor médio de 3,7 m² m-²; variando de zero a 4,7 m² m-²; e sua taxa de decaimento temporal foi a mesma (-0,021 m² m-² dia-¹) para a estação seca nos dois anos de estudo. O IAF correlacionou-se positivamente com todas as variáveis ambientais analisadas, particularmente com a umidade média do solo dos 45 dias antecedentes. Todos os IVEs apresentaram boa relação com IAF, principalmente NDVI. Portanto, o IAF pode ser monitorado pelas variáveis ambientais consideradas nesta tese; e sua variabilidade espacial pode ser monitorada por meio dos IVEs. A dinâmica sazonal da parte aérea das plantas está associada diretamente à dinâmica do sistema radicular. Portanto, o IAF pode ser usado para avaliar o estado das raízes. Na estação seca, a permeabilidade do solo é maior que na estação úmida, o que reforça a hipótese de que haja formação de macroporos no estio. Os macroporos contribuem com o aumento da disponibilidade hídrica na zona radicular durante o período seco. Essa observação está de acordo com o fato – observado in situ – de a vegetação se manter em dormência mesmo quando a umidade na profundidade efetiva das raízes é praticamente igual à umidade residual durante metade do ano

A previsão de áreas suscetíveis a escorregamentos translacionais rasos tem como fundamental etapa a investigação dos fatores condicionantes e dos mecanismos de ruptura. Algumas destas propriedades, como os parâmetros físicos e hidrológicos dos solos, são determinantes para a instabilização de encostas que estão sujeitas a eventos pluviométricos intensos. Uma destas propriedades é a condutividade hidráulica saturada, cujo comportamento pode influenciar no desenvolvimento de poro-pressão positiva ou levar à perda de sucção dos solos, ocasionando rupturas. Desta forma, o objetivo principal desta pesquisa foi analisar a distribuição lateral e vertical da condutividade hidráulica saturada (Ksat) dos solos e sua influência nos escorregamentos translacionais rasos na Serra do Mar (SP). Para tanto, foi selecionada uma bacia representativa da Serra do Mar e nela foram escolhidas três cicatrizes acessíveis e com limites bem preservados para a realização dos ensaios in situ. As profundidades onde foram realizados os ensaios foram definidas a partir da caracterização morfológica dos mantos de alteração nas trincheiras abertas no topo, no centro e na lateral das cicatrizes (0.25, 0.50, 1.00, 1.50, 2.00 e 2.50 m). Finamente, foram realizados os ensaios in situ utilizando-se o Permeâmetro de Guelph, utilizando-se duas cargas hidráulicas H para a que fosse possível calcular a Ksat empregando-se as equações de Richards, Laplace e a análise de Elricket al. (1989), embora tenha sido utilizada esta última para a análise da variação dos valores. A partir dos valores de Ksat, das propriedades físicas dos materiais (distribuição granulométrica, micro e macroporosidade, porosidade total. Além disso, foi analisada a tendência de variação entre 10-4 e 10-7 m/s, predominando da Ksat com a profundidade. Foram obtidos 41 valores de Ksat, os quais variaram entre as ordens de grandeza 10-5 e 10-6 m/s (82,5% dos valores), que mostraram a pequena variabilidade da Ksat nos perfis de alteração investigados, se comparada às diferenças observadas nas propriedades dos solos e corroboram com os trabalhos desenvolvidos na Serra do Mar. Quando confrontado com as propriedades físicas dos materiais (por exemplo, granulometria e porosidade total), observou-se, principalmente, a correlação positiva com a fração areia. De forma geral, foi possível identificar uma tendência de aumento da Ksat com a profundidade, assim como a existência de algumas descontinuidades hidráulicas significativas, tanto de redução quanto de aumento brusco da Ksat em uma pequena profundidade. / The prediction of landslides-prone areas has as fundamental step researching controlling factors and failure mechanisms. Some of these properties, such as the physical and hydrological soil properties are crucial to the instability of slopes subject to intense rainfall events. One of these properties is the saturated hydraulic conductivity, whose behavior can influence and lead to the development of positive pore-pressure or the loss of soil suction, causing failures. The main objective of this research was to analyze the lateral and vertical hydraulic conductivity (Ksat) of soils and their influence on shallow landslides in the Serra do Mar (SP). Therefore, we selected a representative basin in the Serra do Mar and there three accessible scars, well preserved, were chosen for in situ measurements. Was also performed the topographical characterization of the scars (slope angle, curvature and orientation and contributing area). The depths where the measurements were performed were defined from the morphological characterization of soil profiles in opened trenches at the top, at the lateral and inside the scars (0.25, 0.50, 1.00, 1.50, 2.00 and 2.50 m). At last, were performed the in situ measurements using the Guelph Permeameter, using two heads H for calculating Ksat using Richards equations, Laplace equations and Elrick et al. (1989) analysis, although the latter has been used to analyze the range of values. From the Ksat values and physical soil properties (e. g. grain size distribution, micro and macroporosity, total porosity) we discussed the role played by them in Ksat values. Moreover was analyzed the trend of Ksat variation with depth. We obtained 41 Ksat values, which varied between 10-4 e 10-7 m/s, mostly among the orders of magnitude 10-5 e 10-6 m/s (82.5% values), that showed the small variability of Ksat in the soil profiles if compared to the observed differences in soil properties, and corroborate with studies developed in the Serra do Mar. When confronted with the physical properties of materials (eg, grain size and total porosity), we observed mainly the positive correlation with the sand content. In general, we observed a tendency of increase of Ksat with depth, as well as the existence of some significant hydraulic discontinuities, both the sudden decrease as the increase in Ksat in a small depth.

O presente trabalho teve por objetivo avaliar o potencial do ensaio de ascensão capilar e de uma técnica de otimização de parâmetros para estimar os parâmetros hidráulicos dos solos. O ensaio de ascensão capilar é de execução simples e rápida e reflete um fenômeno condicionado pelas propriedades hidráulicas do solo. Na representação matemática da ascensão capilar, utilizou-se o modelo de Terzaghi (1943) que considerou tratar-se de uma condição de fluxo governada pela condutividade hidráulica saturada (ks), e o modelo de Lu & Likos (2004b), que utilizaram a equação de Gardner (1958) para representar a função condutividade hidráulica, considerando que o fluxo se dá em meio não saturado. O processo de otimização utilizou a rotina SOLVER componente do programa EXCEL, e foi testado utilizando-se os dados experimentais de Lane & Washburn (1946) e de Zhang & Fredlund (2009). Em seguida, resultados de ascensão capilar de oito amostras de solos típicos do Estado do São Paulo, Brasil, foram modelados com os parâmetros derivados da técnica. Observou-se que tanto o modelo de Terzaghi (1943) quanto o de Lu & Likos (2004b) conseguiram reproduzir os resultados experimentais de ascensão capilar, com melhores resultados associados ao modelo de Lu & Likos (2004b) para a maior parte dos solos analisados. A previsão da condutividade hidráulica saturada, de forma geral, diferiu menos de uma ordem de grandeza dos valores medidos experimentalmente, embora maiores discrepâncias tenham sido notadas para determinados tipos de solos. O parâmetro de Gardner da função condutividade hidráulica resultou em valores da mesma ordem de grandeza dos valores reportados na literatura para solos similares. Os resultados sobre a aplicação do ensaio de ascensão capilar e da técnica de otimização mostraram-se promissores para a determinação de parâmetros hidráulicos dos solos analisados, com a vantagem de ter-se um procedimento simples e rápido para a finalidade descrita. / This study evaluates the potential of capillary rise test and a parameter optimization technique to estimate soil hydraulic parameters. The capillary rise is a simple and expedite test that is conditioned by soil hydraulic properties. In the mathematical representation of the capillary rise we used the model of Terzaghi (1943), who considered that saturated hydraulic conductivity commands the phenomeno and the model of Lu & Likos (2004b) who used the Gardner equation (1958) to represent the hydraulic conductivity function, considering that the flow takes place in a non-saturated condition. The optimization process used the SOLVER routine, component of the EXCEL program, that was firstly tested using experimental data of Lane & Washburn (1946) and Zhang & Fredlund (2009). Then, results of capillary rise of eight samples of typical soils of the State of São Paulo, Brazil, were modeled with the parameters derived from the technique. It was observed that both the Terzaghi (1943) and Lu & Likos (2004b) models were able to reproduce the experimental results of capillarity, although the best results were yielded by the model Lu & Likos (2004b) for most soils. The prediction of saturated hydraulic conductivity, in general, differed less than one order of magnitude of experimentally measured values, although larger discrepancies have been noted for certain types of soils. The resulting Gardner parameter of the hydraulic conductivity function were of the same order of magnitude of the values reported in the literature for similar soils. The results on the application of capillary rise test and optimization technique proved promising for the determination of soil hydraulic parameters analyzed, with the advantage of having a simple and rapid procedure for the purpose described.

O presente trabalho teve por objetivo avaliar o potencial do ensaio de ascensão capilar e de uma técnica de otimização de parâmetros para estimar os parâmetros hidráulicos dos solos. O ensaio de ascensão capilar é de execução simples e rápida e reflete um fenômeno condicionado pelas propriedades hidráulicas do solo. Na representação matemática da ascensão capilar, utilizou-se o modelo de Terzaghi (1943) que considerou tratar-se de uma condição de fluxo governada pela condutividade hidráulica saturada (ks), e o modelo de Lu & Likos (2004b), que utilizaram a equação de Gardner (1958) para representar a função condutividade hidráulica, considerando que o fluxo se dá em meio não saturado. O processo de otimização utilizou a rotina SOLVER componente do programa EXCEL, e foi testado utilizando-se os dados experimentais de Lane & Washburn (1946) e de Zhang & Fredlund (2009). Em seguida, resultados de ascensão capilar de oito amostras de solos típicos do Estado do São Paulo, Brasil, foram modelados com os parâmetros derivados da técnica. Observou-se que tanto o modelo de Terzaghi (1943) quanto o de Lu & Likos (2004b) conseguiram reproduzir os resultados experimentais de ascensão capilar, com melhores resultados associados ao modelo de Lu & Likos (2004b) para a maior parte dos solos analisados. A previsão da condutividade hidráulica saturada, de forma geral, diferiu menos de uma ordem de grandeza dos valores medidos experimentalmente, embora maiores discrepâncias tenham sido notadas para determinados tipos de solos. O parâmetro de Gardner da função condutividade hidráulica resultou em valores da mesma ordem de grandeza dos valores reportados na literatura para solos similares. Os resultados sobre a aplicação do ensaio de ascensão capilar e da técnica de otimização mostraram-se promissores para a determinação de parâmetros hidráulicos dos solos analisados, com a vantagem de ter-se um procedimento simples e rápido para a finalidade descrita. / This study evaluates the potential of capillary rise test and a parameter optimization technique to estimate soil hydraulic parameters. The capillary rise is a simple and expedite test that is conditioned by soil hydraulic properties. In the mathematical representation of the capillary rise we used the model of Terzaghi (1943), who considered that saturated hydraulic conductivity commands the phenomeno and the model of Lu & Likos (2004b) who used the Gardner equation (1958) to represent the hydraulic conductivity function, considering that the flow takes place in a non-saturated condition. The optimization process used the SOLVER routine, component of the EXCEL program, that was firstly tested using experimental data of Lane & Washburn (1946) and Zhang & Fredlund (2009). Then, results of capillary rise of eight samples of typical soils of the State of São Paulo, Brazil, were modeled with the parameters derived from the technique. It was observed that both the Terzaghi (1943) and Lu & Likos (2004b) models were able to reproduce the experimental results of capillarity, although the best results were yielded by the model Lu & Likos (2004b) for most soils. The prediction of saturated hydraulic conductivity, in general, differed less than one order of magnitude of experimentally measured values, although larger discrepancies have been noted for certain types of soils. The resulting Gardner parameter of the hydraulic conductivity function were of the same order of magnitude of the values reported in the literature for similar soils. The results on the application of capillary rise test and optimization technique proved promising for the determination of soil hydraulic parameters analyzed, with the advantage of having a simple and rapid procedure for the purpose described.

A previsão de áreas suscetíveis a escorregamentos translacionais rasos tem como fundamental etapa a investigação dos fatores condicionantes e dos mecanismos de ruptura. Algumas destas propriedades, como os parâmetros físicos e hidrológicos dos solos, são determinantes para a instabilização de encostas que estão sujeitas a eventos pluviométricos intensos. Uma destas propriedades é a condutividade hidráulica saturada, cujo comportamento pode influenciar no desenvolvimento de poro-pressão positiva ou levar à perda de sucção dos solos, ocasionando rupturas. Desta forma, o objetivo principal desta pesquisa foi analisar a distribuição lateral e vertical da condutividade hidráulica saturada (Ksat) dos solos e sua influência nos escorregamentos translacionais rasos na Serra do Mar (SP). Para tanto, foi selecionada uma bacia representativa da Serra do Mar e nela foram escolhidas três cicatrizes acessíveis e com limites bem preservados para a realização dos ensaios in situ. As profundidades onde foram realizados os ensaios foram definidas a partir da caracterização morfológica dos mantos de alteração nas trincheiras abertas no topo, no centro e na lateral das cicatrizes (0.25, 0.50, 1.00, 1.50, 2.00 e 2.50 m). Finamente, foram realizados os ensaios in situ utilizando-se o Permeâmetro de Guelph, utilizando-se duas cargas hidráulicas H para a que fosse possível calcular a Ksat empregando-se as equações de Richards, Laplace e a análise de Elricket al. (1989), embora tenha sido utilizada esta última para a análise da variação dos valores. A partir dos valores de Ksat, das propriedades físicas dos materiais (distribuição granulométrica, micro e macroporosidade, porosidade total. Além disso, foi analisada a tendência de variação entre 10-4 e 10-7 m/s, predominando da Ksat com a profundidade. Foram obtidos 41 valores de Ksat, os quais variaram entre as ordens de grandeza 10-5 e 10-6 m/s (82,5% dos valores), que mostraram a pequena variabilidade da Ksat nos perfis de alteração investigados, se comparada às diferenças observadas nas propriedades dos solos e corroboram com os trabalhos desenvolvidos na Serra do Mar. Quando confrontado com as propriedades físicas dos materiais (por exemplo, granulometria e porosidade total), observou-se, principalmente, a correlação positiva com a fração areia. De forma geral, foi possível identificar uma tendência de aumento da Ksat com a profundidade, assim como a existência de algumas descontinuidades hidráulicas significativas, tanto de redução quanto de aumento brusco da Ksat em uma pequena profundidade. / The prediction of landslides-prone areas has as fundamental step researching controlling factors and failure mechanisms. Some of these properties, such as the physical and hydrological soil properties are crucial to the instability of slopes subject to intense rainfall events. One of these properties is the saturated hydraulic conductivity, whose behavior can influence and lead to the development of positive pore-pressure or the loss of soil suction, causing failures. The main objective of this research was to analyze the lateral and vertical hydraulic conductivity (Ksat) of soils and their influence on shallow landslides in the Serra do Mar (SP). Therefore, we selected a representative basin in the Serra do Mar and there three accessible scars, well preserved, were chosen for in situ measurements. Was also performed the topographical characterization of the scars (slope angle, curvature and orientation and contributing area). The depths where the measurements were performed were defined from the morphological characterization of soil profiles in opened trenches at the top, at the lateral and inside the scars (0.25, 0.50, 1.00, 1.50, 2.00 and 2.50 m). At last, were performed the in situ measurements using the Guelph Permeameter, using two heads H for calculating Ksat using Richards equations, Laplace equations and Elrick et al. (1989) analysis, although the latter has been used to analyze the range of values. From the Ksat values and physical soil properties (e. g. grain size distribution, micro and macroporosity, total porosity) we discussed the role played by them in Ksat values. Moreover was analyzed the trend of Ksat variation with depth. We obtained 41 Ksat values, which varied between 10-4 e 10-7 m/s, mostly among the orders of magnitude 10-5 e 10-6 m/s (82.5% values), that showed the small variability of Ksat in the soil profiles if compared to the observed differences in soil properties, and corroborate with studies developed in the Serra do Mar. When confronted with the physical properties of materials (eg, grain size and total porosity), we observed mainly the positive correlation with the sand content. In general, we observed a tendency of increase of Ksat with depth, as well as the existence of some significant hydraulic discontinuities, both the sudden decrease as the increase in Ksat in a small depth.

Submitted by Edineia Teixeira (edineia.teixeira@unioeste.br) on 2018-04-24T17:51:41Z No. of bitstreams: 2 Mauricio_Pilatti2018.pdf: 1108083 bytes, checksum: aff96671c3a42eb0c582a45420612cac (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-24T17:51:41Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Mauricio_Pilatti2018.pdf: 1108083 bytes, checksum: aff96671c3a42eb0c582a45420612cac (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-03-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Soil management practices imply changes in their physical properties hydropower. The knowledge of the rate of water infiltration in the soil is of fundamental importance to define the soil conservation techniques. This work aims to evaluate the availability of water in Haplortox subjected to different cultures and soil management systems. The experiment was conducted in the experimental area of the Agronomic Institute of Paraná - IAPAR, regional center of Santa Tereza do Oeste, Paraná, Brazil. The experiment consisted of four soil management practices: Traditional Tillage System - SPDT - Scarified Tillage System - SPDE - Gypsum Agricultural Tillage System - SPDG - and Tillage System with Quality - SPDQ. The treatments were distributed in a manner entirely blocks in 12 plots of 20 m x 25 m. The Reclaimers species of soil structure are being deployed in no-tillage system, and consists of three species Reclaimers: Crotalaria juncea (Crotalaria juncea), Crotalaria spectabilis (Crotalaria spectabilis), guandú Bean (Cajanus he) and four species of winter: black Oats (Avena strigosa), Black Oats + forage Turnips (Avena strigosa + Raphanus sativus), black Oats + Lupin Oats (Avena strigosa + Lupinus albus), black Oats + field pea (Avena stringosa + Pisum sativum). Will be collected undisturbed soil samples with volumetric rings for the determination of the following attributes: particle size, soil density, total porosity, macro-and micropores. Laboratory evaluation of the hydraulic conductivity of the saturated soil will be used for the constant Permeâmetro. For the comparison of means of treatments, the Tukey test will be used at 5% of significance, which will be performed through the SISVAR version 5.3 program. For the generation of regression models and graphs, the statistical program R (R CORE TEAM, 2016) will be used. There was a higher correlation between macro and ksat in the soil cover species. In the 0.20 - 0.30 m layer the ksat values were higher due to higher macro volumes. The Ds, macro and ksat presented greater influence on the upper layers in the SPD and scarified SPD. Soya yield was influenced by Ds. The beneficial effects of soil scarification under no-tillage system were not higher than 12 months / As práticas de manejo do solo implicam em mudanças nas suas propriedades físico-hídricas. O conhecimento da taxa de infiltração da água no solo é de fundamental importância para definir as técnicas de conservação do solo. Este trabalho tem como objetivo avaliar a condutividade hidráulica do solo saturado em um Latossolo Vermelho distroférrico submetido a diferentes culturas de cobertura e sistemas de manejo do solo. A área experimental localiza-se junto ao Instituto Agronômico do Paraná - IAPAR, pólo regional de Santa Tereza do Oeste, Paraná, Brasil. Os tratamentos foram constituídos de quatro sistemas de manejo do solo, sendo estes: Sistema Plantio Direto Tradicional - SPDT, Sistema Plantio Direto Escarificado - SPDE -, Sistema Plantio Direto Gessado - SPDG e Sistema Plantio Direto com Qualidade – SPDQ, constituídos por espécies recuperadoras da estrutura do solo, sendo três espécies de verão: Crotalaria juncea (Crotalaria juncea), Crotalaria spectabilis (Crotalaria spectabilis), Feijão guandú (Cajanus cajan) e quatro espécies de inverno: Aveia preta (Avena strigosa), Aveia preta + Nabo forrageiro ( Avena strigosa + Raphanus sativus), Aveia preta + Tremoço (Avena strigosa + Lupinus albus), Aveia preta + Ervilha forrageira (Avena stringosa + Pisum sativum). Os tratamentos foram distribuídos de modo inteiramente casualizados com dez parcelas de 20 x 25 m. Foram coletadas amostras de solo indeformadas com os anéis volumétricos para a determinação dos seguintes atributos: densidade do solo, porosidade total, macroporosidade e microporosidade e condutividade hidráulica saturada. Para a condutividade hidráulica do solo saturado foi utilizado o permeâmetro de carga constante. Para a comparação de médias de tratamentos, foi utilizado o teste de Tukey a 5% de significância que foram executadas através do programa SISVAR versão 5.6. Para a geração dos modelos e gráficos de regressão, utilizou o programa estatístico R(R CORE TEAM, 2016). Houve maior correlação entre macro e ksat nas espécies de cobertura do solo. Na camada de 0,20 – 0,30 m os valores da ksat foram maiores devido aos maiores volumes de macro. A Ds, macro e ksat apresentaram maior influencia nas camadas superiores no SPD escarificado e SPD gessado. A produtividade da soja foi influenciada pela Ds. Os efeitos benéficos da escarificação do solo em área sob sistema plantio direto não foram superiores a 12 meses.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Hydrossedimentological monitoring and modeling have been used as important tools to evaluate and simulate the hydrosedimentological processes in rural watersheds, in order to effectively propose conservation practices in environmentally sensitive locations. The objective of this research was to evaluate the performance of a physically based hydrological model (LISEM - Limburg Soil Erosion Model) in quantifying runoff and erosion in a rural catchment with high spatial variability (horizontally and vertically) physical and hydrological characteristics of the soil. The catchment has an area of 1.19 km2 and is situated in the northeastern region of the Rio Grande do Sul state, Brazil. Soils are characterized by reduction of water flow in the vertical soil profile either by the small thickness (Entisols and Inceptisols) or textural gradient between horizons (Ultisols) - and are associated with variations of relief, which is composed of soft hills in the top section and mountainous in the bottom section of the catchment. The predominant land use is tobacco farming (Nicotiana tabacum L.), where the surface layer of the soil is tilled to form ridges. In the first stage of the study, five slopes of the basin used for tobacco cultivation were sampled to characterize the physical and hydraulic properties at different points in the relief (top, middle slope and lowland) and four soil layers (0.00 to 0.04, from 0.20 to 0.24, from 0.40 to 0.44 and from 0.60 to 0,64 m). Field trials were also conducted to determine the infiltration rate on the slopes, and equations were also established to estimate the saturated hydraulic conductivity in each layer of soil sampled. In the second step, the LISEM model was calibrated to represent the hydrograph and sedimentograph of 20 rainfall events monitored in the river mouth from 2009 to 2012. The results of the first stage show that there is horizontal and vertical variability of physical and hydraulic properties on the slopes, being that the hillsides have a higher saturated hydraulic conductivity due to its coarser texture. Both the hydraulic conductivity and the infiltration rate were effective in identifying the horizontal variability of water flow on the slopes. The hydraulic conductivity can be estimated with good accuracy when variables from subsoil layers, for example, the total sand content, are used. The results of the second stage of the study revealed that the LISEM had a good performance in modeling the hydrograph. However, it was not possible to represent the sedimentograph, and there was an overestimate in sediment production. The model s equations related to erosion do not represent the dynamics that occur in this catchment. / O monitoramento e a modelagem hidrossedimentológica têm sido utilizados como ferramentas importantes para avaliar e simular os processos hidrossedimentológicos em bacias hidrográficas rurais, com o intuito de propor, de forma eficaz, práticas conservacionistas em locais ambientalmente frágeis. O objetivo desta pesquisa foi avaliar o desempenho de um modelo hidrológico de base física (LISEM Limburg Soil Erosion Model) em quantificar o escoamento superficial e o processo erosivo em uma bacia hidrográfica rural com grande variabilidade espacial (no sentido horizontal e vertical) das características físico-hídricas de solo. A bacia hidrográfica possui 1,19 km2 e está situada na região nordeste do estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Os solos são caracterizados pela redução do fluxo de água na direção vertical do perfil de solo seja pela pequena espessura (Neossolos e Cambissolos) ou pelo gradiente textural entre horizontes (Argissolos) e estão associados às variações do relevo, que é ondulado na fração superior e montanhoso na fração inferior da bacia. O uso do solo predominante é o cultivo do tabaco (Nicotiana tabacum L.), em que a camada superficial do solo é revolvida para a construção de camalhões. Na primeira etapa do estudo, cinco encostas da bacia utilizadas para o cultivo do tabaco foram amostradas para caracterização das propriedades físico-hídricas em diferentes pontos do relevo (topo, meia encosta e várzea) e em quatro camadas de solo (0,00 a 0,04, 0,20 a 0,24, 0,40 a 0,44 e 0,60 a 0,64 m). Também foram realizados ensaios de campo para determinação da taxa de infiltração básica nas encostas e, ainda, foram construídas equações para estimativa da condutividade hidráulica saturada em cada camada de solo amostrada. Na segunda etapa, o modelo LISEM foi calibrado para representar o hidrograma e o sedimentograma de 20 eventos monitorados no exutório da bacia entre no período de 2009 a 2012. Os resultados da primeira etapa comprovam que há variabilidade horizontal e vertical das propriedades físico-hídricas nas encostas, sendo que a meia encosta apresenta maior condutividade hidráulica saturada devido à textura mais grosseira neste local. Tanto a condutividade hidráulica quanto a taxa de infiltração básica foram eficazes em identificar a variabilidade horizontal do fluxo de água nas encostas. A condutividade hidráulica saturada pode ser estimada com boa precisão quando são usadas variáveis das camadas subsuperficiais do solo como, por exemplo, o teor de areia total. Os resultados da segunda etapa do estudo revelaram que o LISEM apresentou bom desempenho na modelagem do hidrograma. No entanto, não foi possível a representação do sedimentograma, sendo que houve superestimativa da produção de sedimentos. As equações do modelo relacionadas com o processo erosivo não representam a dinâmica que ocorre nesta bacia hidrográfica.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The social and economical importance of onion in Uruguai is very relevant. The soil mobilization and ridge till are crucial to reduce bulk density and increase the macro/micropores relation for Argiudoll, to induce conditions for a normal growth and development for most crops. The objectives of this study were to measure the effects of soil and plant management on aggregate stability, organic matter and some soil physico-hydric properties as porosity, bulk density, water retention curve, air permeability and water conductivity. Two experiments from National Institute of agriculture investigation (INIA) initiated in 1995 were used. Experiment one used the following treatment: 1) alfalfa; 2) festuca; 3) birdfoot trefoil, alfalfa and white clover mixture; 4) onion after alfalfa; 5) onion after festuca; 6) onion after plant mixture. The experiment two used the following treatments: Summer season - 1) fallow; 2) feijão; 3) corn; 4) setaria. During winter season onion was cultivated at all plots. In both experiments the plots were split to receive 0, 80 and 120 kg de N ha-1. To measure aggregate stability and organic matter preserved three soil samples from each plot were taken from 0-0.05 m layer. To measure soil physico-hydric properties samples were taken using metalic rings from 0-0.01 and 0.1-0.2 m layers. The variation of water stable aggregates were higher than of dry stable aggregates. The stability index was higher for pastures in the experiment I and for fallow in the experiment II, implying lower aggregates impact due tillage or higher organic matter addition by plants on soil surface. However, there is clear indication that tillage was necessary, in order to improve macroporosity, hydraulic conductivity and air permeability. / A importância social e econômica da cebola é muito grande no Uruguai. O revolvimento do solo e a construção de camalhões são essenciais para diminuir a densidade e aumentar a relação macro/microporos em solos com características vérticas para que ocorra o bom desenvolvimento da cultura. O objetivo deste trabalho foi analisar o efeito dos diferentes tratamentos, tendo como parâmetros a alteração da estabilidade de agregados, teor de matéria orgânica do solo (MO) e algumas propriedades físico-hídricas do solo como porosidades, densidade do solo, curva característica de retenção de água no solo, permeabilidade ao ar e condutividade hidráulica. Foram analisados dois experimentos pertencentes ao Instituto Nacional de Investigação Agropecuária (INIA) instalados no ano de 1995. No experimento I foram cultivadas as culturas de alfafa, festuca, consórcio (cornichão, alfafa e trevo-branco), cebola-pós-alfafa, cebola-pós-festuca e cebola-pós-consórcio, resultando em seis tratamentos. No experimento II no verão, as parcelas são ocupadas com pousio estival, feijão, milho e moha e, no inverno, cultiva-se cebola. Em ambos os experimentos as culturas foram submetidas a três distintas doses de nitrogênio (0, 80 e 120 kg de N ha-1). Para análise de agregados e MO, coletaram-se amostras com estrutura preservada na camada de 0-0,05 m, utilizando três subamostras de campo; para determinar as propriedades físico-hídricas do solo coletaram-se amostras utilizando cilindros volumétricos em duas camadas, 0,00-0,10 e 0,10-0,20 m de profundidade. Os resultados demonstraram uma maior variação do diâmetro geométrico úmido (DMGu) em relação ao peneiramento a seco. O índice de estabilidade (IE) foi maior nas parcelas cultivadas com pastagem no experimento I e na parcela que permaneceu em pousio no experimento II, resultando em uma maior preservação dos agregados ocasionado pela ausência de preparo ou adubação orgânica, a qual ocasionou um incremento de MO. Analisando as propriedades físico-hídricas, constatou-se que o preparo convencional é necessário neste tipo de solo, pois aumenta o volume de macroporos ocasionando redução na densidade do solo e incrementos na condutividade hidráulica saturada e permeabilidade ao ar.

A primeira parte deste trabalho consistiu na instalação de pluviógrafos e linígrafos e levantamento de eventos hidrológicos com a obtenção de dados da distribuição espacial de precipitações observadas e hidrogramas resultantes. Experimentos de infiltração de água no solo foram realizados a partir de infiltrômetro de disco a fim de caracterizar a variabilidade espacial da condutividade hidráulica na bacia, obtendo-se dois conjuntos de dados que mostraram ser lognormalmente distribuídos com médias iguais a 15,8 mm/h e 5,47 mm/h. Estudo teórico foi conduzido na segunda parte do trabalho compreendendo o desenvolvimento de modelo hidrológico. A concepção do modelo parte da premissa de que toda a área da bacia possa ser representada por células derivadas de um modelo numérico de terreno (MNT), especificando-se em cada célula o equacionamento hidráulico-hidrológico. As heterogeneidades do solo e da precipitação foram estudadas através de simulação do modelo considerando-se distribuições espaciais diferentes para a condutividade hidráulica saturada e eventos de chuva. Os resultados mostraram que as diferenças entre as vazões de pico podem ser maiores que 100% , considerando-se graus de resolução máximo e mínimo quanto à precipitação, e reafirmaram o consenso de que o conhecimento da distribuição espacial da chuva é fundamental na calibração de modelos hidrológicos distribuídos. / In first part of this work consists on the installation of pluviographic, water-height graphs and surveying of hydrological events with obtained data from spatial distribution of precipitation observed and resultant hydrograms. Experiments of water infiltration in the soil were done by an infiltrometer disc to characterize the spatial variability of hydraulic conductivity and the losses of infiltration in the basin obtaining two sets of data that showed to be lognormally distributed in average equal to 15.8 mm/h and 5.47 mm/h. A theoric study was conduced in the second part of work comprehending the development of hydrologic model distributed. The conception of the model proceed from the premise that allbasin area can be represented by cells derived from a Digital Terrain Model (DTM) specifying in each cell the hydraulic equation - hydrologic. The soil heterogeneity and the precipitation were studied by model simulation considering spatial distributions different to the hydraulic conductivity satured of the soil and to pluvial events. The results pointed out the differences among peak outflow can be more than 100% considering minimum and maximumresolution degrees as the precipitation and affirmed the consensus that the acquaintance of the pluvial spatial distribution is fundamental in the adjustment of hydrologic models distributed.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Soil structure is defined by form and arrangement of soil particles and pores. As a consequence of time increase of no-tillage use the soil structure has been modified by repetition of traffic caused by agricultural operations throughout years, which, in turn, has been identified as compaction implying in lost of soil quality. In this study, the S index sensibility was tested as related to other soil physical properties and was evaluated also the alterations of pore diameters and its implications on saturated hydraulic conductivity and air conductivity caused by soil use. Its was used six Oxisols, classified by brazilian soil classification system as: Latossolo Vermelho eutrófico, Latossolo Vermelho aluminoférrico, Nitossolo Vermelho distrófico, Latossolo Bruno alumínico, Latossolo Vermelho distrófico de textura média, Latossolo Vermelho distrófico de textura argilosa e Latossolo Vermelho distroférrico. The soil uses studied were: a) natural condition represented by native forest or grass field and; b) no-tillage. The S index was not associated to total clay content neither to dispersed clay content. However, for clayey soils the S index had an exponential decreased as the bulk density increased and an exponential increase as organic matter increased. The available water had a log increase with S increase and pre-consolidation pressure reduced exponentially as S index increased. These results imply sensibility to S index to evaluate soil quality of clayey soils. The soil use effects on water and air flow was detected by alterations caused by notillage on increasing bulk density, reducing total porosity, changing pore size distribution with increase in micropores as macropores reduced causing, in turn, reduction on saturated hydraulic conductivity and air conductivity. The high aggregation state of soils under native forest favored to presence of big pores and smaller amount of intermediate pores. In more compacted layer of soils under no-tillage was detected reduction of intermediate pore class and increase in micropores. / A estrutura do solo é definida pela sua condição física, expressa pela dimensão, forma e arranjo das partículas sólidas e dos poros a elas associados. Com o tempo de uso do sistema plantio direto, a estrutura do solo é modificada pela repetitividade das operações agrícolas realizadas ao longo dos anos. A alteração da estrutura pela compactação tem causado perdas na qualidade física dos solos. Neste trabalho, testou-se a sensibilidade do índice S, em relação a algumas propriedades físicas dos solos e avaliaram-se as alterações impostas pelo uso do solo no diâmetro dos poros, na condutividade hidráulica saturada e na condutividade do ar. Os solos avaliados foram: Latossolo Vermelho eutrófico, Latossolo Vermelho aluminoférrico, Nitossolo Vermelho distrófico, Latossolo Bruno alumínico, Latossolo Vermelho distrófico de textura média, Latossolo Vermelho distrófico de textura argilosa e Latossolo Vermelho distroférrico. Os sistemas de uso foram: condição natural, representada pela mata nativa ou campo nativo; e condição de lavoura, sob plantio direto. O índice S não se relacionou com o teor de argila total ou argila dispersa. Para o os solos argilosos e muito argilosos, o índice S apresentou um decréscimo exponencial com o aumento da densidade do solo e um crescimento exponencial com o aumento da matéria orgânica do solo. A água disponível as plantas aumentou de forma logarítmica com o aumento do S enquanto a pressão de préconsolidação reduziu exponencialmente com o aumento do S. Conclui-se que o índice S apresentou sensibilidade para determinar a qualidade física dos solos de textura argilosa e muito argilosa. Quanto ao impacto do uso do solo sobre os fluxos de água e ar, constatou-se que o solo sob cultivo apresentou aumento na densidade e redução na porosidade total, ocorreu alteração na distribuição do diâmetro de poros com aumento da quantidade de poros pequenos em detrimento dos poros maiores, o que provocou a redução da condutividade hidráulica saturada e da condutividade do ar no solo. A alta estruturação do solo na mata nativa favoreceu a presença de poros grandes e menor quantidade de poros de tamanho intermediário. Nas camadas mais compactadas do plantio direto verificou-se a redução da classe de poros de tamanho intermediário e o aumento da quantidade de poros pequenos.