Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / One of the challenges of modern agriculture is adapting to climatic effects, including the capability of rainfall events in causing erosion. Understanding the climatic phenomena depends on the monitoring of rain variables that express the magnitude and pattern of erosive agents. The kinetic energy of rain (E) and the maximum intensity of 30 minutes (I30) are key variables to represent the capability of rain in causing erosion, and the product of the two being one of the most known and used erosivity indices (EI30). However, in Brazil, to obtain direct and continuous measurements of E are incipient, as long series of rain intensity data (I) are scarce. Therefore, empirical equations based on rainfall information that are easy to acquire as daily or monthly accumulated rain (P) are used. The aim of this study is to analyze a set of data with hydrological variables, especially rainfall characteristics (volume, duration and energy) responsible for triggering the erosion process and its relationship with flow behavior (Q), suspended sediment concentration (SSC) and sediment yield (SY) in a rural catchment. From the analysis of the variables, E and EI30 estimation equations are proposed for the study site. The study was conducted in a 1.23 km² experimental catchment located in southern Brazil, where monitoring of the main hydrological flows (P, Q and SSC) has been carried out since 2002. P is monitored with pluviometers and rain gauges, and E has been measured since 2014 by a disdrometer (Parsivel2 - OTT). From this set of data, different equations for the estimation of E=f(I) and models for the estimation of EI30 were explored. Complementarily, a comparison was made between the equations obtained with equations available in the literature for the estimation of E and EI30. Additionally, this study also explored seasonal variations in rainfall characteristics (I30 P, E) and related them to Q, SSC and SY of the catchment in order to demonstrate the importance of E and I30 for the hydrossedimentological modeling. The measured E values were similar to the values estimated by the equations of Foster et al. (1981) and van Dijk et al. (2002), while Brown and Foster (1987) equation underestimate the values of E. EI30 was also quantified over a period of 8 years and an equation was proposed to estimate EI30 by accumulated daily rainfall variables. From 15 years of data, an annual EI30 value is presented and its average distribution between the 12 months of the year. The main results are: (a) a new equation for estimating E from the I measurement, its seasonal variability and similarities with equations previously known; (B) the relationship between measured E data and measured hydrological variables at catchment scale; (C) the EI30 factor for the Arvorezinha/RS region; (D) new indices for estimating EI30 from daily rainfall records. / Um dos desafios da agricultura moderna é a adaptação aos efeitos climáticos, dentre eles a capacidade dos eventos chuvosos em causar erosão. A compreensão dos fenômenos climáticos depende necessariamente do monitoramento das variáveis da chuva que expressarão a magnitude e o padrão dos agentes erosivos. A energia cinética da chuva (E) e a intensidade máxima de 30 minutos (I30) são variáveis fundamentais para representar a capacidade da chuva em causar erosão, sendo o produto das duas um dos índices de erosividade (EI30) mais conhecidos e utilizados. Entretanto, no Brasil, a obtenção de medidas diretas e contínuas da E são incipientes, assim como longas séries de dados de intensidade da chuva (I) são escassos. Por conta disso, são utilizadas equações empíricas baseadas em informações da chuva que são de fácil aquisição como chuva acumulada (P) diária ou mensal. O objetivo deste trabalho é analisar um conjunto de dados com variáveis hidrológicas, especialmente propriedades da chuva (volume, duração e energia) responsáveis pelo desencadeamento do processo de erosão hídrica, e sua relação com o comportamento da vazão (Q), concentração de sedimentos em suspensão (CSS) e produção de sedimentos (PS) em uma bacia hidrográfica rural. A partir da análise das variáveis são propostas equações de estimativa da E e EI30 para o local de estudo. O estudo foi conduzido em uma bacia hidrográfica experimental de 1.23 km², localizada no sul do Brasil onde é realizado o monitoramento dos principais fluxos hidrológicos (P, Q e CSS) desde 2002. A P é monitorada com pluviômetros e pluviógrafos, e a E tem sido medida desde 2014 por um disdrômetro (Parsivel2 – OTT). A partir desse conjunto de dados foram exploradas diferentes equações para a estimativa da E = f(I) e também modelos para a estimativa do EI30. Complementarmente, foi realizada uma comparação entre as equações obtidas com equações disponíveis na literatura para a estimativa da E e EI30. Além disso, esse estudo também explorou variações sazonais nas propriedades da chuva (I30, P, E) e as relacionou com a Q, CSS e PS da bacia na busca de demonstrar a importância da E e I30 para a modelagem hidrossedimentológica. Os valores de E medidos foram semelhantes aos valores estimados pelas equações de Foster et al. (1981) e van Dijk et al. (2002), ao passo que a equação de Brown e Foster (1987) subestima os valores de E. Também foi quantificado o EI30 em um período de 8 anos e proposto uma equação para estimativa do EI30 por variáveis de chuva acumulada na escala diária. A partir de 15 anos de dados é apresentado um valor de EI30 anual e sua distribuição média entre os 12 meses do ano. Os principais resultados encontrados são: (a) uma nova equação para estimativa da E a partir da I medida, sua variabilidade sazonal e semelhanças com equações conhecidas previamente; (b) a relação entre dados de E medida e variáveis hidrológicas medidas na escala de bacia hidrográfica; (c) o fator EI30 para a região de Arvorezinha/RS; (d) novos índices para estimativa do EI30 a partir de registros de chuva diários.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The observed high sediment load in the rivers of southern Brazil is strongly related to the degradation of agricultural soils due to water erosion. Currently there is great interest in describing the erosive processes and hydrosedimentological at the catchment scale to quantify the impact of land degradation on water resources because erosion is the driving process in the nutrients and contaminants transfer into the water resources. In this context, particle size information is essential to define the processes of detachment, transport and deposition of the particles as well as the transport capacity of P and C. Considering this background, the objective of this study was to characterize the particle size distribution and the concentration of P and C in suspended sediment samples during rainfall-runoff events in the three catchments of the Rio Grande do Sul (119 ha, 800 to 1980 km2). The events were characterized by their hydrological variables and material was sampled for granulometric distribution and chemical characterization (total carbon and phosphorus fractions). The results show the particle size and the inter- and intra-event chemical characteristics. The different catchments showed sediments with important differences for understanding the impacts of agriculture on water resources as well as to its hydrosedimentological behavior. / A alta carga de sedimentos observadas nos corpos hídricos do sul do Brasil está fortemente relacionada com a degradação dos solos agrícolas devido à erosão hídrica. Atualmente há um grande interesse em descrever os processos erosivos e hidrossedimentológicos na escala da bacia para quantificar o impacto da degradação dos solos nos recursos hídricos, pois a erosão é o processo governante na transferência de nutrientes e contaminantes para os mananciais hídricos. A granulometria é característica fundamental para definir os processos de desagregação, transporte e deposição, bem como a capacidade de transporte de fósforo e carbono, sendo assim o objetivo deste trabalho foi caracterizar a distribuição granulométrica e a concentração de fósforo e carbono em amostras de sedimentos em suspensão durante eventos em três bacias hidrográficas no Rio Grande do Sul (Arroio Lajeado Ferreira = 119 ha; Rio Conceição = 800 km2; e Rio Guaporé = 1980 km2). Nos eventos foram caracterizadas as variáveis hidrológicas e coletadas amostras para a caracterização granulométrica e varáveis químicas (carbono total e frações de fósforo). Os resultados apresentam as faixas granulométricas, bem como as características químicas inter e intra-evento. As diferentes bacias apresentam sedimentos com características físicas e químicas distintas importantes para a compreensão dos impactos da agricultura sobre os recursos hídricos bem como para a sua descrição hidrossedimentológica.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:23:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2293036 bytes, checksum: 81e846210ecdd5ef447223d350af2e3b (MD5) Previous issue date: 2009-02-12 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Besides their fundamental role in Brazilian economy, the unpaved roads have a highly important social role, since they allow for the access of the rural population to their basic needs such as health, education, leisure and work, that frequently are available only in the urban centers. So, taking into account that the main cause of degradation in the roads is the erosion caused by the concentration of the runoff along them, a model was developed for determination of the volume required for the accumulation basin addressed to store the water from runoff of the unpaved roads. The model was based on the principle that a daily analysis of the volume flowed in each event of the precipitation series is a more coherent criterion for dimensioning the accumulation basins, since the accumulative effect from the precipitations successively occurring in the series is considered. The model uses the synthetic rainfall data to obtaining the daily series of the flowed volumes, whereas the daily balance of the volume stored in the basin is accomplished with this series. The highest value obtained in each year is identified from the series of the stored volumes. So, an annual series of the highest volumes stored in the basin is created. Then, the Gumbel distribution is applied to this series in order to obtaining the volume required for the accumulation basin (VB). According to results, the following conclusions were drawn: for the lowest Tiebac value, the time needed for the water stored in the basin to infiltrate totally into soil is longer, therefore the accumulative effect of the precipitation events are more accentuated and, consequently, higher the VB value will be. When comparing the data obtained by the developed model with those of the model proposed by Griebeler et al. (2005), it was verified that, for the Tiebac equal to 2mm h-1, the VB values obtained by the developed model were always higher than those obtained by the model proposed by Griebeler et al. (2005), and an increased difference occurred with the increase in the return period (T). For the lowest values of Tiebac, the increase in the VB values from the increased T was, in general, proportionally higher for the model proposed by Griebeler et al. (2005) than for the developed model. / As estradas não pavimentadas, além de exercerem um papel fundamental na economia brasileira, possuem uma atribuição de grande importância social, que é permitir o acesso da população rural às necessidades básicas da sociedade como saúde, educação, lazer e trabalho, que muita das vezes estão disponíveis apenas nos centros urbanos. Tendo em vista que o principal causador da degradação das estradas é a erosão causada pela concentração de escoamento superficial ao longo destas, desenvolveu-se um modelo para a determinação do volume requerido para a bacia de acumulação destinada ao armazenamento do escoamento superficial provindo de estradas não pavimentadas. O modelo se baseou no princípio de que uma análise dia a dia do volume escoado em cada evento da série de precipitação é um critério mais coerente para o dimensionamento de bacias de acumulação, uma vez que é considerado o efeito acumulativo de precipitações que ocorrem de forma sucessiva na série. O modelo utiliza dados sintéticos de precipitação para a obtenção de uma série diária de volumes escoados, com a qual é realizado o balanço diário do volume armazenado na bacia. A partir da série de volumes armazenados é identificado o maior valor obtido em cada ano e, assim, é criada uma série anual de volumes máximos armazenados na bacia, à qual é aplicada a distribuição de Gumbel para a obtenção do volume requerido para a bacia de acumulação (VB). De acordo com os resultados obtidos verificou-se que, para as menores Tiebac, o tempo necessário para que a água armazenada na bacia infiltre totalmente no solo é maior, desta forma mais acentuado é o efeito acumulativo dos eventos de precipitação e, conseqüentemente, maior o valor de VB. Comparando os dados obtidos pelo modelo desenvolvido com os do modelo proposto por Griebeler et al. (2005) verificou-se que, para a Tiebac de 2 mm h-1, os valores de VB obtidos pelo modelo desenvolvido foram sempre maiores do que os valores obtidos pelo modelo proposto por Griebeler et al. (2005) e que a diferença aumentou com o aumento do período de retorno (T). Observou-se ainda que, para os menores valores de Tiebac, o aumento dos valores de VB a partir do aumento de T foi, em geral, proporcionalmente maior para o modelo proposto por Griebeler et al. (2005) do que para o modelo desenvolvido.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:39:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1621642 bytes, checksum: 194bd00b04fc0f62552c66438a7d203c (MD5) Previous issue date: 2011-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This study aimed to propose and test a methodology for calculating the spacing among the rows of vertical mulching, as the efficiency in reducing water losses, soil, and nutrient by superficial runoff in field conditions under natural rainfall in direct tillage. For calculating, the same parameters used for calculating spacing among terraces were considered with appropriate adjustments. To this end, an experiment was developed between October 2009 and March 2010 during the corn crop cycle in a consolidated area for direct tillage. We used a randomized block design with four replications and six treatments consisting of vertical mulching grooves distributed at different distances. The plots were separated laterally by wood sheets and were placed at the final to the disposal collectors. To quantify the precipitated volume, some collectors were placed (gauges) into blocks. The rainfall during the period was collected and quantified, as well as the superficial runoff from the plots. In the runoff samples, the following attributes were analyzed: “water lost volume, soil weight on the sediment, sediment texture, and the nutrients present in the sediment and the superficial runoff water”. For the evaluated attributes, there were no significant differences for treatment effects on soil losses (partial and total). In general, the treatment with 0.9 meters among the furrows was the least efficient in containing the water and nutrients losses (in water and sediment). Among the nutrients, potassium was the one with the largest losses in the water and sediment. The increase in the water volume that drained along with the soil affects the efficiency of the vertical mulching for containing the total nutrient losses. / O presente estudo teve como objetivo propor e testar uma metodologia para o cálculo do espaçamento entre sulcos de mulching vertical, quanto à eficiência na redução das perdas de água, solo e nutrientes por escoamento superficial em condições de campo sob chuva natural em semeadura direta. Foram considerados para o cálculo os parâmetros utilizados para o cálculo do espaçamento entre terraços, fazendo as devidas adaptações. Neste intuito, foi desenvolvido um trabalho entre outubro de 2009 a março de 2010 durante o ciclo da cultura do milho em uma área de semeadura direta consolidada. Utilizou-se o delineamento em blocos casualizados, com 4 repetições e 6 tratamentos constituídos de sulcos de mulching vertical distribuídos em diferentes distâncias. As parcelas foram separadas lateralmente por chapas de madeira, sendo ao seu final colocados coletores de escoamento. Para quantificar o volume precipitado, foram colocados coletores de precipitação (pluviômetros) dentro dos blocos. A água das chuvas ocorridas no período foi coletada e quantificada , bem como o escoamento superficial proveniente das parcelas. Nas amostras de escoamento, foram analisados os seguintes atributos: volume de água perdido, massa de solo no sedimento, textura do sedimento e os nutrientes presentes no sedimento e na água de escoamento superficial. Para os atributos avaliados, não foram constatadas diferenças significativas para o efeito de tratamentos nas perdas de solo (parciais e totais). De forma geral, o tratamento com 0,9 metros entre sulcos foi o menos eficiente em conter as perdas de água e nutrientes (na água e no sedimento). Entre os nutrientes avaliados, o potássio foi o que apresentou as maiores perdas, tanto na água quanto no sedimento, sendo que o aumento no volume de água e solo escoados afeta a eficiência do mulching vertical em conter as perdas totais de nutrientes.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Inadequate land use, ignoring its agricultural fitness can, in a short time, transform thousands of hectares in fragile systems highly susceptible to degradation processes. The use of the fingerprinting method in the identification of sediment sources has been efficient and there are many studies in the international literature proving its effectiveness. In Brazil, the studies in the matter are still incipient, but have demonstrated efficiency in detecting changes in the proportion of contribution of the sources in the production of sediments. Among the variables used in this method, there are some minerals that are used as tracers of soil erosion, due to their high stability in the environment and magnetism property. However, the use of mineralogy together with models of erosion prediction as well as in the identification of sources of sediment production is not common. The objective of this work was to estimate the proportion of contribution of two groups of sources, road+channels+grid and superficial+subsuperficial, in the production of sediments in a watershed slope. For this purpose, two groups of variables were tested, pedogeochemical and pedogeochemical+mineralogical to compose the prediction models. For the identification of the sources the fingerprinting method was used, which compares the soils of different sources and the sediments that are found in suspension in the drainage channel, using tracing variables. It was possible to identify the contribution of each one of the groups of sources of sediment production in the Vacacaí-Mirim River basin, except in the T1point. In this point the scale was determining in the result, due to the low number of samples of this sub-basin. The greatest contributions in the production of sediments came from superficial erosion of the soil. The use of an only group of variables to compose the model of identification of sources, suppressing variables that generate uncertainty, has led to more coherence in the presented results and reduced the space-time variability of the analysis. The roads were presented as a potential source of erosion in the basin. The adding of mineralogical variables improved the results, decreasing the errors. However, using only one group of variables for the prediction model did not lead to any significant change in the results. / O uso da terra de maneira inadequada, ignorando sua aptidão agrícola, em pouco tempo pode transformar milhares de hectares em sistemas frágeis altamente suscetíveis aos processos de degradação. A utilização do método fingerprinting na identificação de fontes de sedimentos, tem se mostrado eficiente e há um grande número de trabalhos na literatura internacional comprovando sua eficácia. No Brasil, os trabalhos dessa natureza ainda são incipientes, porém, demonstram eficiência em detectar alterações na proporção de contribuição das fontes na produção sedimentos. Dentre as variáveis usadas por este método, estão alguns minerais, usados como traçadores de erosão do solo, devido a sua elevada estabilidade no ambiente e propriedade de magnetismo. No entanto, não é comum o uso da mineralogia aliada a modelos de predição de erosão do solo tão pouco na identificação de fontes de produção de sedimentos. O objetivo desse trabalho foi estimar a proporção de contribuição de dois conjuntos de fontes, estrada+canais+malha e superficial+subsuperficial, na produção de sedimentos em uma bacia hidrográfica de encosta. Para tanto, foram testados dois conjuntos de variáveis, pedogeoquímicas e pedogeoquímicas+mineralógicas para compor os modelos de predição. Para a identificação das fontes foi utilizado o método fingerprinting que compara os solos de diferentes fontes e os sedimentos que são encontrados em suspensão no canal de drenagem, usando variáveis traçadoras. Foi possível identificar a contribuição de cada um dos conjuntos de fontes de produção de sedimentos na bacia hidrográfica do Rio Vacacaí-Mirim, exceto para o ponto T1. Para esse ponto a escala foi determinante no resultado, pelo baixo número de amostras referentes a essa sub-bacia. As maiores contribuições na produção de sedimentos provem da erosão superficial do solo. A utilização de um único conjunto de variáveis para compor o modelo de identificação de fontes, suprimir variáveis que geravam incertezas, fez com que os resultados apresentados fossem mais coerentes e reduziu a variabilidade espacial e temporal da análise. As estradas se apresentam como fonte potencial de erosão na bacia. As adições de variáveis mineralógicas melhoraram os resultados, diminuindo os erros. No entanto, usando somente um único conjunto de variáveis para o modelo de predição não houve nenhuma mudança significativa nos resultados.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The sustainability of vegetable oils production is in the dependence of the agricultural practices, being the erosion the most preoccupying form of soil degradation. In this way, was carried out a study in the UFSM campus, city of Santa Maria, between October of 2007 and October of 2009, with the objective to evaluate the soil and water losses by water erosion in systems of rotation of oleaginous crops and covering plants. The region climate is "Cfa" type, with 1686 mm annual medium precipitation. The soil with steepness of 6.5% is classified as Argissolo Vermelho distrófico arênico. The experimental unit is constituted of plots with dimensions of 3 m of width and 15 m of length. The experimental design is entirely random, with two repetitions. The treatments consist of three rotations: R1 (soybean, black oat/vetch, castor bean/peanut and canola), R2 (castor bean/peanut, oilseed radish, sunflower and black oat/vetch) and R3 (sunflower, canola, soybean and oilseed radish). Was determined the dry mass yield of summer and winter crops, and the grains yield of the oleaginous summer crops. Was done the sampling and measurement of runoff of each rain, being the soil and water losses calculated using the software Excel. The results of soil losses were expressed in kg ha-1 and the water losses in percent in relation to the rain. The erosivity index (EI30, MJ mm ha-1 h-1) was determined with the software Chuveros, from which was obtained the accumulated erosivity for each period of the crops. Was also proceeded the physical characterization (Dp, Ds, Pt, macro and microporosity, DMG, DMP and distribution of the aggregates size in water), in the depths of 0-8 and 8-16 cm, and chemistry (organic matter, macro and micronutrients) in the depths of 0-5 and 5-20 cm. To the obtained values, the test of Tukey was applied for comparison of the treatments averages. It is observed that canola, when compared to others wintrer crops, showed a significant decrease in dry mass in 2008 winter (R3) and also in winter of 2009 (R1). It is verified that are greater the productivity of grains of the crops of R2 (summer 2007/06) and R1 (summer 2008/09), both constituted by the consortium among castor bean/peanut, elevating significantly the total of grains produced in this consortium, comparing to single crop of soybean and sunflower. It is verified in 2009, a tendency of decrease of Ds, DMP and larger aggregates, favoring the minor classes. The alterations in the chemical characteristics can be attributed to the application of lime and the modifications in the tenors of organic matter that happen in depth. The soil and water losses increase in the measure in that it decreases to dry mass added by the crops. Even if is considered R3, where it was obtained the largest soil losses (4641 kg ha-1) and water (23.33%), it is observed that the values obtained in this work are low. Soybean and sunflower grain yield is significantly smaller than the consortiated castor bean and peanut crops. / A sustentabilidade da produção de oleaginosas está na dependência das práticas agrícolas, sendo a erosão a mais preocupante forma de degradação do solo. Desta forma, desenvolveu-se um estudo no campus da UFSM, cidade de Santa Maria, entre outubro de 2007 e outubro de 2009, com o objetivo de avaliar as perdas de solo e água por erosão hídrica em sistemas de rotação de culturas oleaginosas e plantas de cobertura. O clima da região é do tipo Cfa , com precipitação média anual de 1686 mm. O solo com declividade de 6,5% é classificado como Argissolo Vermelho Distrófico arênico. A unidade experimental constitui-se de uma parcela com dimensões de 3 m de largura e 15 m de comprimento. O delineamento experimental é inteiramente casualizado, com duas repetições. Os tratamentos consistem de três rotações: R1 (soja, aveia preta + ervilhaca, mamona + amendoim e canola), R2 (mamona + amendoim, nabo, girassol e aveia preta + ervilhaca) e R3 (girassol, canola, soja e nabo). Determinouse o rendimento da massa seca das culturas de verão e inverno, e a produção de grãos das culturas oleaginosas de verão. Realizou-se a amostragem e medição da enxurrada de cada chuva, sendo as perdas de solo e água calculadas, utilizando-se o programa computacional Excel. Os resultados de perdas de solo foram expressos em kg ha-1 e as perdas de água em % em relação à chuva. O índice de erosividade (EI30, MJ mm ha-1 h-1), foi determinado pelo programa Chuveros, a partir do qual se obteve a erosividade acumulada para cada período das culturas. Procedeu-se também a caracterização física (Dp, Ds, Pt, macro e microporosidade, DMG, DMP e distribuição do tamanho dos agregados em água), nas profundidades de 0-8 e 8-16 cm, e química (MO, macro e micronutrientes) nas profundidades de 0-5 e 5-20 cm. Aos valores obtidos, foi aplicado o teste de Tukey para comparação das médias dos tratamentos. Observa-se que a canola, quando comparada às demais culturas de inverno, apresenta uma redução significativa da MS no inverno de 2008 (R3) e também no inverno de 2009 (R1). Verifica-se que são superiores à produtividade de grãos das culturas da R2 (verão 2007/06) e R1 (verão 2008/09), ambas constituídas pelo consórcio entre mamona + amendoim, elevando significativamente o total de grãos produzido neste consórcio. Verifica-se em 2009, uma tendência de diminuição da Ds, DMP e agregados de maior tamanho, favorecendo as classes de menor tamanho. As alterações nas características químicas podem ser atribuídas à aplicação de corretivos e as modificações nos teores de MO que ocorrem em profundidade. As perdas de solo e água aumentam na medida em que diminui a MS adicionada pelas culturas. Mesmo que se considere a R3, onde se obteve as maiores perdas de solo (4641 kg ha-1) e água (23,33%), observa-se que os valores obtidos neste trabalho são baixos. A produção de grãos da soja e do girassol é significativamente menor que o cultivo consorciado da mamona com o amendoim.

In the current agricultural context, agricultural machine unproductivity on fields and their impacts on soil along pathways are unavoidable. These machines have direct and indirect costs associated to their work in field, with non-productive time spent in manoeuvres when these are reaching field borders; likewise, there is a double application of product when machines are covering headlands while adding farm inputs. Both issues aggravate under irregular field geometry. Moreover, unproductive time can also appear in operations of loading/offloading the machine\'s reservoir with inputs/harvested-goods, which can increase with an improper use of the reservoir due to the inadequate machine path length. On the other hand, irregular steep surfaces present a problem for establishment of row crops and machine paths towards erosion. Though contouring (i.e., performing field operations perpendicular to slope direction) is a common practice to reduce runoff and increase water infiltration, still elevation contours are never parallel, while machine operations always are. Many of these issues were target for optimization in computer path planning for agricultural machines, where unproductivity was overall minimized and attempts of soil loss reduction by more proper path establishment also yielded results. This thesis gathered these issues in a combined path planning approach making possible to address soil loss and unproductive costs to their proper location. A number of methods was proposed and modified: creating and replicating steerable machine track; finding more optimal references for path coverage on irregular surfaces (curved or straight); quantifying the impacts of soil loss for a given path pattern; identifying spatially the water flow and concentration; defining geometrically different manoeuvre types and calculate its time, space and energy demands; obtain the overlapped area of input application; and quantifying the machine replenishment cost in relation to underuse of its reservoir for following tracks of inadequate length. An algorithm-application was achieved, which is capable of simulating a large number of path coverage scenarios and to display optimized ones based on a user defined criteria. Sugarcane crop, grown in Brazilian conditions, was the main object of study in this thesis because of its high in-field mechanization costs (along with unproductive operational costs), high susceptibility of soil erosion in its planting phase, and for occupying an area of predominant rolling surface. Case studies were subject to this algorithm that provided suitable outputs with minimized impacts. The outputs of the algorithm were comprehensive and showed potential for the methods to be used by agricultural decision makers. / No contexto agrícola atual, improdutividade de máquinas agrícolas em campo e seus impactos sobre o solo ao longo de suas vias são inevitáveis. Estas máquinas têm custos diretos e indiretos associados ao seu trabalho no campo, como tempo improdutivo gasto em manobras quando estes atingem os limites do talhão. Também nestes limites, há uma dupla aplicação de insumos agrícolas quando as máquinas estão cobrindo cabeceiras. Ambas as questões se agravam em talhões de geometria irregular. Além disso, o tempo improdutivo também pode aparecer em operações de carga / descarga do reservatório da máquina com insumos / bens colhidos, o que pode aumentar com um uso indevido do reservatório da máquina devido ao comprimento inadequado do percurso em campo. Ainda, superfícies irregulares e íngremes apresentam um problema para o estabelecimento de culturas em fileira e caminhos de máquinas contra declive. Apesar de operações em nível serem uma prática comum para reduzir o escoamento e aumentar a infiltração de água, curvas de nível nunca são paralelas, enquanto operações agrícolas são sempre paralelas. Muitas destas questões foram alvo de otimização computacional para planejamento de percursos de para máquinas agrícolas, onde a ineficiência foi, em geral, minimizada e tentativas de redução da perda de solo estabelecimento de percursos mais adequados também produziu resultados. Esta tese reuniu estas questões em uma abordagem de planejamento de percurso quantificando e direcionando custos de perda de solo e improdutividade de máquinas para sua devida localização. Métodos foram propostos e modificados, como: criar e replicar trajetos transitáveis de máquinas; encontrar referências ideais para a cobertura do trajeto em superfícies irregulares (curvas ou retas); quantificação dos impactos da perda de solo por um determinado padrão de percursos; identificar espacialmente o fluxo da água e sua concentração; definir geometricamente diferentes tipos de manobras e calcular o seu tempo, espaço e energia demandada; obter a área sobreposta de aplicação de insumos; e quantificar custo de reposição da máquina em relação à subutilização de seu reservatório para seguir trajetos de comprimento inadequado. Um aplicativo-algoritmo foi obtido capaz de simular um grande número de cenários de padrões de percurso, e exibindo aqueles que foram otimizados por critérios definidos pelo usuário. A cultura da cana, em condições brasileiras, foi a principal cultura de estudo nesta tese devido ao seu alto custo de mecanização (assim como custos operacionais improdutivos), alta suscetibilidade à erosão do solo na sua fase de plantio, e ocupando predominantemente áreas de superfície irregular. Os estudos de caso foram sujeitos ao algoritmo que obteve resultados coerentes e impactos minimizados. Os resultados do algoritmo mostram potencial para que os métodos avaliados sejam utilizados por tomadores de decisão da área agrícola.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:04:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Anna Paula Laje Ribeiro.pdf: 7972633 bytes, checksum: 9e24f96186dfbbafa4661a4cb1e53188 (MD5) Previous issue date: 2012-08-31 / O mecanismo de Pagamento por Serviços Ambientais é um instrumento de gestão da Política de Recursos Hídricos do estado do Espírito Santo, que tem o projeto Produtores de Água como parte integrante. Este projeto baseia-se na conservação do solo para melhoria/conservação da qualidade das águas dos cursos d água e, para tanto, oferece uma compensação financeira àqueles que preservam ou reconstituem a vegetação das matas ciliares de estratégicas bacias hidrográficas do estado. A formulação deste projeto baseia-se, de forma simplificada, metodologicamente, em alguns fatores componentes da EUPS como parâmetros técnicos para determinação dos coeficientes de valoração. Nesse sentido, o presente trabalho tem por objetivo propor o aperfeiçoamento metodológico do emprego da EUPS no desenvolvimento do citado projeto. Para isso, os seguintes aspectos foram considerados e avaliados: utilização de ferramentas de geoprocessamento não utilizada pela metodologia atual; formulações para cálculo do fator topográfico LS mais condizentes com a realidade a metodologia vigente adota apenas três valores médios para a declividade S (32,5%, 60,0% e 87,5%), desconsidera valores de declividade inferiores a 20% e toma L como constante e igual a 100 metros; adoção de valores para o fator CP relativos a uso e manejo conservacionistas do solo a versão metodológica em vigor volta-se apenas para a conservação de florestas; e emprego do produto RK como fator de relativização espacial do esforço potencial para a redução de perda de solo na propriedade a metodologia vigente não analisa esse produto. No desenvolvimento do estudo foram utilizadas as três bacias hidrográficas em que o projeto Produtores de Água foi aplicado em sua fase experimental e 30 propriedades selecionadas das 197 que formaram o banco de dados do projeto em maio de 2011. Entre os resultados do estudo comparativo envolvendo a metodologia atual do projeto e metodologias visando seu aperfeiçoamento, têm-se: que há bastante diferença entre as duas técnicas abordadas de LS (calculado pela metodologia atual poderá ter seu valor subdimensionado ou superdimensionado se, respectivamente, o relevo for íngreme/plano) e, tomando a metodologia proposta como mais adequada, evidenciou-se o seu uso; o fator CP, quando da alteração do tipo de uso do solo mostrou-se bastante eficaz para reduzir a perda de solo potencial, entretanto, não foi sensível a análise desta característica no processo de evolução entre os estágios de regeneração florestal (capoeira, macega e vegetação secundária avançada/mata nativa); e o fator RK ressaltou que o distanciamento entre as propriedades impacta diretamente em sua variação, mostrando-se uma ferramenta importante de relativização espacial. No mais, foram propostas diretrizes para viabilizar a aplicação destes resultados em iniciativas de PSA, principalmente, no projeto Produtores de Água / The mechanism of Payment for Environmental Services is a management tool in water resources policy of the state of Espírito Santo, which has the project Produtores de Água as part of this. This project is based on soil conservation for improvement/maintenance of water quality of streams and, therefore, offers financial compensation to those that preserve or reconstruct the vegetation of the riparian forest of strategic watersheds in the state. The formulation of this project is based, in simplified form, methodologically, in some components of the USLE factors as technical parameters for determining the coefficients of valuation. Accordingly to these factors, this paper aims to propose a methodological improvement of the use of USLE in the development of that project. For this, the following aspects were considered and evaluated: use of GIS tools - not used by the current methodology, formulas for calculating the topographic factor LS more consistent with reality - the current methodology takes only three average values for the slope S (32.5%, 60.0% and 87.5%), ignores values less than 20% slope and take L to be constant and equal to 100 meters; adoption of CP values for the factor relating to the use and conservation management of soil - the version methodological back in force only for the conservation of forests, and RK use of the product as a factor of relativity space effort to reduce potential soil loss on the property - the current methodology does not review this product. In developing of this study, we used the three watersheds in what the project Produtores de Água was applied in its experimental phase and 30 of the 197 selected properties that formed the database of the project in may 2011. Among the results of a comparative study involving the current methodology of the project and methodologies aimed at improving it, follows that: that there is enough difference between the two techniques discussed in the LS (calculated using the current methodology may have its value be undersized or oversized, respectively, topography is steep / flat), and taking the proposed methodology as more appropriate, there was its use, the CP factor when changing the type of land use proved to be very effective in reducing soil loss potential, however , was not sensitive analysis of this feature in the evolution process between stages of forest, and factor RK noted that the distance between the properties directly impacts on their variation, being an important tool of relativity space. Other than that, guidelines were proposed to enable the implementation of these initiatives results in PES, especially in the design of Produtores de Água

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Soil management systems with minimum tillage and mulch are predominant in agriculture of Southern of Brazil. No-tillage for tobacco crop is not common and restricted to isolated places and only for some farmers that, through empiric tests and adaptation of equipments, search for soil preservation and increased yield. The objective of this work was study the main soil management systems for tobacco crop and possibilities of changing the traditional system of tobacco cropping, with emphasis on practices of soil management and conservation to maintain the levels of yield and decrease the environmental impacts. Six treatments, in a completely randomized blocks design with three replicates, were installed: PC conventional till; CMP - minimum tillage rest; CMA - minimum tillage oat; PDcC no-tillage with camalhão; PDcCC no-tillage with consolidated camalhão; PDsC no-tillage without camalhão. The experiment was installed in a watershed, located in Agudo-RS city, in the agricultural year of 2004, in a Leptosol. The maim physical parameters were soil moisture, measured with a time domain reflectometer (TDR), in the depths of 0-0,06, 0,06-0,12 and 0,12-0,18 m, and soil temperature in the depth of 0,05 m, measured with datalogger and termopars, both during 87 days in the growth cycle; total porosity, macroporosity, microporosity, bulk density and soil water retention curve (CRA), determined in the depths of 0-0,06, 0,06-0,12, 0,12-0,18 and 0,18-0,24 m, 30 days after transplantion (DAT) and on 135 DAT, except for CRA, in the depths of 0-0,06 and 0,06-0,12 m; water and soil loss by runoff, determined for eight rain events, in two blocks, with on area of 1.2 m2 of collection; potassium and phosphorus, soluble and total were determined for seven rain events; the root system, the distribution in the cultural profile, nutrients availability in the exploration area, dry mass for soil volume and maximum depth of roots were determined; mechanical resistance of soil was determined with a manual penetrometer to verify the depth of the root impediment; measures of the plants included the leaf area, determination of plant height, number of leaves and yield for hectare. The conservation managements reduced soil and water losses, providing smaller amplitude in the daily temperature variation, larges soil moisture, but the yield was smaller than PDsC. This result for the PDsC was directly influenced by the shallower roots depth, which was a consequence of several factors, such as: presence of impediment layer; absence of ridge; nutrients in the surface and favorable initial conditions of soil temperature and moisture. However, there was great interaction among factors, turning complex the explanation of the results obtained; therefore, factors such as nutrients in the surface favored the losses of P and K soluble, decreasing their availability to plants; the impediment layer reduced the volume of soil explored by the roots and the ability for water storage, whereas the management systems PDcCC and PDsC were outside the upper or lower limit of water availability, in the layer of 0 to 0,06 m, for about 15 days. / Sistemas de manejos do solo com o mínimo de revolvimento e com palha em superfície predominam na maioria dos cultivos agrícolas, no Sul do Brasil. A utilização do plantio direto na cultura do fumo está sendo iniciada, mas restrita a locais isolados e a alguns agricultores, que, via testes empíricos e adaptação de equipamentos, buscam preservar o solo e aumentar a produtividade. O objetivo deste trabalho foi estudar os principais sistemas de manejo do solo para a cultura do fumo e as possibilidades de mudança no sistema tradicional de cultivo de fumo, com ênfase às práticas de manejo e conservação do solo, mantendo os níveis de produtividade e diminuindo os impactos ambientais. O delineamento experimental foi blocos ao acaso com três repetições e seis tratamentos, sendo eles: PC - preparo convencional; CMP - cultivo mínimo pousio; CMA - cultivo mínimo aveia; PDcC - plantio direto com camalhão; PDcCC - plantio direto com camalhão consolidado; PDsC - plantio direto sem camalhão. O experimento foi implantado em uma microbacia hidrográfica, localizada no município de Agudo-RS, no ano agrícola de 2004, sobre em um Neossolo litólico eutrófico típico. Os principais avaliadores físicos foram umidade volumétrica do solo, medida com reflectômetro de domínio de tempo (TDR), nas profundidades de 0-0,06, 0,06-0,12 e 0,12-0,18 m, e temperatura do solo na profundidade de 0,05 m medida com datalogger e termopares, ambas durante 87 dias no período de crescimento; porosidade total, macroporosidade, microporosidade, densidade do solo e curva de retenção de água (CRA), realizadas nas profundidades de 0-0,06, 0,06-0,12, 0,12-0,18 e 0,18-0,24 m aos 30 dias após transplante (DAT) e aos 135 DAT, exceto CRA, nas profundidades de 0-0,06 e 0,06-0,12 m; perda de água e solo pelo escoamento superficial, determinados em oito chuvas, em dois blocos, com uma área de coleta de 1,2 m2; fósforo e potássio solúvel e total, em sete chuvas; no sistema radicular foram determinados a distribuição no perfil cultural, disponibilidade de nutrientes na região de exploração, massa seca por volume de solo e profundidade máxima das raízes; a resistência mecânica do solo determinada com um penetrômetro manual para diagnosticar a profundidade de impedimento radicular; medidas avaliadoras das plantas foram área foliar, comprimento de caule, número de folhas e produtividade por hectare. Os preparos conservacionistas reduziram as perdas de solo e água e proporcionaram uma menor amplitude na temperatura diária, maior umidade do solo, mas a produtividade no PDsC ficou aquém dos preparos convencionais. Esse resultado no PDsC foi diretamente influenciado pelo menor aprofundamento das raízes, sendo esse conseqüência de vários fatores como presença de camada de impedimento, não possuir camalhão, posicionamento mais superficial da adubação de base e condições iniciais favoráveis de temperatura e umidade do solo. Contudo, houve grande interação de fatores, tornando complexa a explicação do resultado obtido, pois fatores como a adubação superficial favoreceu as perdas de P e K solúvel, diminuindo a disponibilidade; a camada de impedimento diminuiu o volume de solo explorado pelas raízes e a capacidade de armazenamento de água, sendo que os manejos PDcCC e PDsC ficaram em torno de 15 dias fora da faixa de disponibilidade de água, na camada de 0 a 0,06 m.

In the current agricultural context, agricultural machine unproductivity on fields and their impacts on soil along pathways are unavoidable. These machines have direct and indirect costs associated to their work in field, with non-productive time spent in manoeuvres when these are reaching field borders; likewise, there is a double application of product when machines are covering headlands while adding farm inputs. Both issues aggravate under irregular field geometry. Moreover, unproductive time can also appear in operations of loading/offloading the machine\'s reservoir with inputs/harvested-goods, which can increase with an improper use of the reservoir due to the inadequate machine path length. On the other hand, irregular steep surfaces present a problem for establishment of row crops and machine paths towards erosion. Though contouring (i.e., performing field operations perpendicular to slope direction) is a common practice to reduce runoff and increase water infiltration, still elevation contours are never parallel, while machine operations always are. Many of these issues were target for optimization in computer path planning for agricultural machines, where unproductivity was overall minimized and attempts of soil loss reduction by more proper path establishment also yielded results. This thesis gathered these issues in a combined path planning approach making possible to address soil loss and unproductive costs to their proper location. A number of methods was proposed and modified: creating and replicating steerable machine track; finding more optimal references for path coverage on irregular surfaces (curved or straight); quantifying the impacts of soil loss for a given path pattern; identifying spatially the water flow and concentration; defining geometrically different manoeuvre types and calculate its time, space and energy demands; obtain the overlapped area of input application; and quantifying the machine replenishment cost in relation to underuse of its reservoir for following tracks of inadequate length. An algorithm-application was achieved, which is capable of simulating a large number of path coverage scenarios and to display optimized ones based on a user defined criteria. Sugarcane crop, grown in Brazilian conditions, was the main object of study in this thesis because of its high in-field mechanization costs (along with unproductive operational costs), high susceptibility of soil erosion in its planting phase, and for occupying an area of predominant rolling surface. Case studies were subject to this algorithm that provided suitable outputs with minimized impacts. The outputs of the algorithm were comprehensive and showed potential for the methods to be used by agricultural decision makers. / No contexto agrícola atual, improdutividade de máquinas agrícolas em campo e seus impactos sobre o solo ao longo de suas vias são inevitáveis. Estas máquinas têm custos diretos e indiretos associados ao seu trabalho no campo, como tempo improdutivo gasto em manobras quando estes atingem os limites do talhão. Também nestes limites, há uma dupla aplicação de insumos agrícolas quando as máquinas estão cobrindo cabeceiras. Ambas as questões se agravam em talhões de geometria irregular. Além disso, o tempo improdutivo também pode aparecer em operações de carga / descarga do reservatório da máquina com insumos / bens colhidos, o que pode aumentar com um uso indevido do reservatório da máquina devido ao comprimento inadequado do percurso em campo. Ainda, superfícies irregulares e íngremes apresentam um problema para o estabelecimento de culturas em fileira e caminhos de máquinas contra declive. Apesar de operações em nível serem uma prática comum para reduzir o escoamento e aumentar a infiltração de água, curvas de nível nunca são paralelas, enquanto operações agrícolas são sempre paralelas. Muitas destas questões foram alvo de otimização computacional para planejamento de percursos de para máquinas agrícolas, onde a ineficiência foi, em geral, minimizada e tentativas de redução da perda de solo estabelecimento de percursos mais adequados também produziu resultados. Esta tese reuniu estas questões em uma abordagem de planejamento de percurso quantificando e direcionando custos de perda de solo e improdutividade de máquinas para sua devida localização. Métodos foram propostos e modificados, como: criar e replicar trajetos transitáveis de máquinas; encontrar referências ideais para a cobertura do trajeto em superfícies irregulares (curvas ou retas); quantificação dos impactos da perda de solo por um determinado padrão de percursos; identificar espacialmente o fluxo da água e sua concentração; definir geometricamente diferentes tipos de manobras e calcular o seu tempo, espaço e energia demandada; obter a área sobreposta de aplicação de insumos; e quantificar custo de reposição da máquina em relação à subutilização de seu reservatório para seguir trajetos de comprimento inadequado. Um aplicativo-algoritmo foi obtido capaz de simular um grande número de cenários de padrões de percurso, e exibindo aqueles que foram otimizados por critérios definidos pelo usuário. A cultura da cana, em condições brasileiras, foi a principal cultura de estudo nesta tese devido ao seu alto custo de mecanização (assim como custos operacionais improdutivos), alta suscetibilidade à erosão do solo na sua fase de plantio, e ocupando predominantemente áreas de superfície irregular. Os estudos de caso foram sujeitos ao algoritmo que obteve resultados coerentes e impactos minimizados. Os resultados do algoritmo mostram potencial para que os métodos avaliados sejam utilizados por tomadores de decisão da área agrícola.