Made available in DSpace on 2015-03-26T12:31:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1048332 bytes, checksum: d2cc8bcdce04c4c44c28d4f3c1b64a84 (MD5) Previous issue date: 2009-09-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The main form of agricultural land degradation is the soil water erosion which is caused by the action of rain and runoff, being affected by a large number of natural and antropic agents. Moreover, much of the water that flows over the soil surface represents a reduction in the volume of water that reaches the water table. The models are important tools for analysis, since they allow a better understanding of hydrological processes and the assesment of management practices and land use. The aim of this work was to develop and calibrate a hydrologic model to support the impact assessment of the use and management of soil on water availability and soil losses. In 2001, Pruski et al. proposed a hydrologic model to estimate the components of water balance in agricultural areas. The intensity of precipitation is obtained by a function derived from the i-d-f equation, resulting in a profile where the peak rainfall intensity occur in the beginning of precipitation and decreases until the end. The infiltration rate is based on the Green-Ampt-Mein-Larson (GAML) equation. A major limitation of the method is related to the precipitation intensity profile, because it is always associated with a recurrence period and does not properly represent the majority of natural rainfall. With regard to infiltration, the GAML equation is applied without adjustment of the input parameters, which can lead to errors in the infiltration estimate. To make easier the application of the hydrological model was developed a software (Simulação Hidrológica-SH2), whose main limitation is the difficulty of making continuous simulation. In this study we implemented some adjustments to the hydrological model: a) replacement of i-d-f equation by a double exponential equation to represent the precipitation profile; b) the parametrization of the GAML equation to estimate the infiltration rate; c) inclusion of the continuity equation for the simulation of the soil water erosion. The software was integrated with a weather generator (ClimaBR) to allow for daily simulation of hydrological processes, and a module for calculating the soil loss was added. For the evaluation of the model were used monthly and annual rainfall, runoff and soil loss data, obtained from four experimental plots located on the campus of the University of Santa Catarina State - UDESC, in the period from 2003 to 2008. The treatments were the soil without vegetation (SC), conventional tillage (PC), minimum tillage (CM) and no tillage (SD). The simulation was performed with two precipitation synthetic series, one set on a monthly basis (SABM) and another set on a daily basis (SABD). The combination of parameters which resulted in the best fit of the GAML equation was: the replacement of hydraulic conductivity (K0) by the constant infiltration rate (Tie); and the estimated matric potential at the wetting front as a function of hydraulic conductivity in the saturated zone ( Ψf(Kw)). The regression coefficients between the total monthly runoff observed and estimated showed the model has a tendency to underestimate the runoff during the months when major events occur, and to overestimate during the months when minor events were observed. With SABD the coefficients of regression equations were better than the SABM. The model underestimated the average annual runoff for SC, PC and CM, but overestimated for SD. However, were not found statistically significant differences between the observed average annual runoff and average annual runoff estimated by the model. The values of r2 were low. There was no statistically significant difference between the average soil loss rate observed and estimated by the model for the soil without vegetation (SC), but was significant for the other soil tillage. / A principal forma de degradação das terras agrícolas é a erosão hídrica do solo, que é causada pela ação da chuva e do escoamento superficial, sendo afetada por um grande número de agentes naturais e antrópicos. Além disso, grande parte da água que escoa sobre a superfície do solo representa uma redução do volume de água que atinge o lençol freático. Os modelos são ferramentas de análise importantes, uma vez que permitem uma melhor compreensão dos processos hidrológicos, a análise do desempenho de práticas de manejo e uso do solo. Assim sendo, o objetivo deste trabalho foi desenvolver e calibrar um modelo hidrológico de suporte à avaliação do impacto do uso e manejo do solo na disponibilidade de água e nas perdas de solo. Em 2001, Pruski et al. propuseram um modelo hidrológico que permite estimar os componentes do balanço hídrico em áreas agrícolas. A intensidade de precipitação é obtida por uma função derivada da equação de chuvas intensas, resultando em um perfil de precipitação onde a intensidade máxima ocorre no início da chuva e decresce até o final. A taxa de infiltração se baseia no modelo de Green-Ampt modificado por Mein-Larson (GAML). Uma das principais limitações do método está relacionada ao perfil de precipitação, pois o mesmo está sempre associado a um período de retorno e não representa adequadamente a maioria das chuvas naturais. No que diz respeito à infiltração, a equação GAML é aplicada sem ajuste dos parâmetros de entrada, o que pode levar a erros consideráveis na estimativa da infiltração. Para facilitar a aplicação do modelo hidrológico foi desenvolvido um software (Simulação Hidrológica-SH2), cuja principal limitação é a dificuldade de fazer simulação contínua. Neste trabalho foram implementadas algumas adequações ao modelo hidrológico: a) substituição da equação de chuvas intensas por uma equação dupla exponencial para representar o perfil de precipitação; b) ajuste dos parâmetros da equação GAML para estimar a taxa de infiltração; c) inclusão da equação da continuidade para a simulação da erosão hídrica. No software foi implementada a integração com um gerador de séries climáticas (ClimaBR) para permitir a simulação diária dos processos hidrológicos, e a inclusão de um módulo para o cálculo da perda de solo. Para a avaliação do modelo foram utilizados dados mensais e anuais de precipitação, escoamento superficial e perda de solo, obtidos de quatro parcelas experimentais localizadas no campus da Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC, em Lages (SC), no período de 2003 a 2008. Os tratamentos foram o solo sem cobertura (SC), preparo convencional (PC), cultivo mínimo (CM) e semeadura direta (SD). A simulação foi realizada com duas séries sintéticas de precipitação, uma ajustada em base mensal (SABM) e a outra ajustada em base diária (SABD). A melhor combinação de ajuste da equação GAML foi: a substituição da condutividade hidráulica (K0) pela taxa de infiltração estável (Tie), e a estimativa do potencial matricial na frente de umedecimento em função da condutividade hidráulica na zona de saturação ( Ψf(Kw)). Os coeficientes de regressão entre os valores mensais observados e o estimados mostraram que o modelo apresenta a tendência de subestimar o escoamento superficial nos meses em que ocorrem os maiores eventos, e de superestimar nos meses em que ocorrem os menores eventos observados. Com a SABD os coeficientes das equações de regressão foram melhores do que com a SABM. O modelo subestimou o escoamento médio anual para o SC, PC e CM, mas superestimou para a SD. No entanto, não houve diferença estatística significativa entre o escoamento médio anual observado e o escoamento médio anual estimado pelo modelo. Os valores de r2 para a regressão entre a perda de solo mensal observada e as perdas de solo mensais estimadas pelo modelo foram baixos. Não houve diferença estatística significativa entre a perda de solo média anual observada e a estimada pelo modelo para o solo sem cobertura (SC), mas foi significativa para os demais preparos de solo.

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.

Different systems use and management tend to degrade the soil structure. The reduction of soil physical quality has direct consequences for the growth and development of plants, as well as the dynamic flow of water and nutrients. The objective of this study was evaluate the effects of different systems of use and management in the flow and availability of soil water, to quantify the effects of management practices on the physical-mechanical properties of the soil and what is the response of plants due to handling. The systems that were analyzed are: i) integrated crop livestock (ICL), ii) continuous no-tillage (NT), for a period exceeding 15 years, iii) chisel plow tillage (T+CP ) iv) tillage scarified with a harrowing (T+S+H). v) native Forest (FOREST) six layers of soil (0,00-0,05, 0,05-0,10, 0,10-0,15 were evaluated, 0,15-0,20, 0,20-0,30 and 0,30-0,40 m). The FOREST showed the highest infiltration rates (5200 mm h-1), and the greater amount of water available (0,31 m³ m-3) and was the FOREST that had the highest value of the index S. The ICL system was the system that had the lowest infiltration rates (140 mm h-1), the lowest values of available water (0,09 m3 m-3) and the system T+CP showed lower index S. The physical-mechanicalattributes of FOREST soil, presents the largest pore volume, the higher pressure pre-consolidation, the lowest density, the lowest maximum density, the relative density and a the lower rate of compression. The mechanical intervention promotes the reducing of compression state, and these effects are longer than 320 days. The agricultural systems where no tillage demonstrate the formation of a compacted subsurface layer (0,05-0,20 m). The growth and development of plants was higher in T+CP and T+S+H, with the largest number of nodes per stem and greater in number of productive nodes was found in these systems. The highest yield was found in the NT system (3.548 kg) and the lowest yield was found in the ICL system (2.821 kg). The FOREST presents the best water conditions, especially because there are no human actions and presents a low compression state. The mechanical intervention favors the water infiltration and low S index, also promoting increased values of porosity and compression index. The NT and ICL systems, due to the period of 15 years without tillage, combined with high traffic of machinery and animal trampling exhibit more compacted, consequently lower rate of infiltration and water availability and reduced values of S index, also have high values of pre-consolidationpressure, of soil density, of relative density and compression rate. The tillage system with straw in high quantity is effective in maintaining higher yield of soybean. The mechanical intervention provides a favorable environment for the growth and development of plants. / Os diferentes sistemas de uso e manejo, quando conduzidos de forma inadequada, tendem a degradar a estrutura do solo. A redução da qualidade física do solo traz consequências diretas no crescimento e desenvolvimento de plantas, bem como na dinâmica e fluxo de água e nutrientes. O objetivo do trabalho foi avaliar os efeitos de diferentes sistemas de uso e manejo no fluxo e disponibilidade de água no solo, quantificar os efeitos dos manejos sobre as propriedades físico - mecânicas do solo e qual a resposta das plantas. Os sistemas analisados foram: i) sistema plantio direto com integração lavoura pecuária (ILP); ii) sistema plantio direto contínuo (SPD), por um período superior a 15 anos; iii) sistema plantio direto escarificado (SPD+E); iv), sistema plantio direto escarificado com uma gradagem (SPD+E+G) e; v) Mata nativa (MATA). Foram avaliadas seis camadas de solo (0,00-0,05, 0,05-0,10, 0,10-0,15, 0,15-0,20, 0,20-0,30 e 0,30-0,40 m). Quanto aos atributos hídricos do solo a MATA apresentou as maiores taxas de infiltração (5200 mm h-¹), maior quantidade de água disponível (0,31 m³ m-3), também na MATA foi onde obteve-se o maior valor do índice S, que indica que esse solo apresnta uma melhor qualidade física. Já o sistema ILP foi o sistema que apresentou as menores taxas de infiltração (140 mm h-1), os menores valores de água disponível, (0,09 m³ m-3) e o sistema SPD+E apresentou menor valore de índice S. Quanto aos atributos físico - mecânicos do solo a MATA apresenta maior volume de poros, maior índice de compressão, esse sistema ainda tem a menor densidade, menor densidade máxima, densidade relativa e menor pressão de pré-consolidação. A escarificação do solo promove redução do estado de compactação, sendo que seus efeitos têm durabilidade maior do que 320 dias. Os sistemas de uso agrícolas onde não há mobilização do solo evidenciam a formação de uma camada compactada em sub-superfície (0,05-0,20). O crescimento e desenvolvimento de plantas foi maior no sistema SPD+E e SPD+E+G, sendo que o maior número de nós por haste e maior numero de nós produtivos foram encontrados nesses sistemas. A maior produtividade foi encontrada no sistema SPD (3.548 kg ha-1), e a menor produtividade foi no sistema ILP (2.821 kg ha-1). A MATA apresentam as melhores condições hídricas, principalmente por não sofrer ação antrópica e apresentar baixo estado de compactação. A intervenção mecânica favorece a infiltração de água e melhora o índice S, também promovendo aumento dos valores de porosidade e índice de compressão. Os sistemas SPD e ILP, devido ao período de 15 anos sem revolvimento, somado com elevado tráfego de máquinas e ao pisoteio animal apresentam maior estado de compactação, consequentemente, menor taxa de infiltração, menor disponibilidade de água e valores de índice S reduzidos, também apresentando elevados valores de pressão de pré-consolidação, densidade solo e densidade relativa. O sistema plantio direto é eficaz para manter elevadas produtividades de soja. A intervenção mecânica propicia um ambiente favorável para o crescimento e desenvolvimento de plantas.