Lisímetros de pesagem tem custos de implantação e manutenção elevados e nem sempre produzem resultados satisfatórios devido a impossibilidade de representarem as muitas situações que ocorrem num sistema de produção agrícola. Foi idealizado um sistema mais simplificado de montagem de lisímetro de pesagem para obtenção de perda de água do solo. Tal sistema utiliza apenas uma célula de carga em cada lisímetro, e mis uma célula no sistema de drenagem. Devido a essa possibilita também a medida da evaporação durante o processo da drenagem. O custo médio da instalação de uma bateria de três lisímetros em Piracicaba, SP, foi de aproximadamente US$ 900,00. Foram obtidos valores de massa satisfatórios para períodos diários, horários e a cada trinta minutos. Existe grande correlação entre a massa do lisímetro e a umidade do solo. Houve grande oscilação da evaporação do solo ao longo do dia, maior do que a ETo calculada. Os valores de coeficiente de evaporação, Ke, obtidos se mostraram-se consistentes.Foram identificadas as fases de rápida redução de Ke e a de redução lenta, respectivamente para as faixas de umidade intermediária e seca. Foi possível realizar ajuste estatisticamente significativo de um modelo logarítmico do coeficiente de evaporação (Ke) em função de evapotranspiração de referência acumulada (ETo) ou da evaporação do tanque classe A acumulada(ECA). Os modelos para estimativa de ARM e de Ke em função dos índices de seca ∑EToPM e ∑ECA mostraram-se adequadas para seus propósitos, podendo ser também utilizadas para a estimativa da evaporação do solo nu (Es) considerando-se esta como a variação do ARM da água do solo. / Weighing lysimeters have high installation cost and require frequent maintenance and sometimes they do not produce satisfactory results due to the impossibility to represent all the situations that happen in an agricultural system. A simplified weighing lysimeter was developed to obtain soil water loss. Such a system just uses a load cell per lysimeter and another cell in the drainage system, which makes possible to measure of the evaporation during drainage process. The average cost of installation of a battery of three lysimeters in Piracicaba, SP, was approximately US$ 900. Satisfactory daily mass values were obtained, as well as for hourly and thirty minutes periods. A high correlation between the mass of the lysimeters and soil moisture was observed. The variation of soil evaporation along the day was larger than the variation obtained with calculated ETo. The values of evaporation coefficient, (Ke), were consistent. The phases of fast and slow reduction of Ke were identified respectively for medium and low soil water content. Was possible to adjust a logarithmic model to the relation ship between evaporation accumulated reference evapotranspiration (∑ETo) and accumulated evaporation from class A pan (∑ECA). The models for estimating (ARM) and Ke in function of the drought indexes ∑EToPM and ∑ECA were water storage in the soil appropriate and can be used to estimate evaporation of a bare soil, which is considered as the variation of ARM.

Oil palm is a perennial evergreen crop which stands out as the crop with the highest oil production per planted area among the oilseeds. The main objective of this thesis was to determine the oil palm water requirement in two different edaphoclimatic Brazilian conditions. Specifically, this study aimed to: (i) quantify actual evapotranspiration (ETa), develop crop coefficients (Kc and Kcb), and determine the relationship between the basal crop coefficient (Kcb) and leaf area index (LAI) of young irrigated oil palm growing under the Brazilian Humid Subtropical conditions; (ii) determine the spatiotemporal variation of oil palm evapotranspiration from adjusted satellite images, as well as the adjusted crop coefficient (Kcadj) and its components under Amazon climate conditions. To compute the water requirement of young oil palm trees, we used a large and precise weighing lysimeter (4.0 m diameter x 1.3 m depth) installed in Piracicaba, SP, Brazil. Crop coefficients were obtained by dividing lysimetric measurements over 24 h period by reference evapotranspiration (ETo) calculated by the Penman-Monteith method (FAO-56) and LAI measurements were performed by using the LAI-2200 Plant Canopy Analyzer. Lysimetric measurements showed that ETa and transpiration young oil palm were 2.50 ± 1.39 mm d-1 and 1.43 ± 1.09 mm d-1, respectively, and the corresponding Kc and Kcb were 0.71 and 0.41, respectively. Average Kcadj for plants between 18- and 33-month-old was 0.08 and is recommended only for drip irrigation as it is the result of an adjustment that depends on ground coverage and crop spacing. The Kcb-LAI relationship obtained for oil palm was Kcb = 0.5895 LAI - 0.6674 (R2 = 0.9856) and can be useful to estimate oil palm water use from LAI measurements. To determine the oil palm water use in the Eastern Brazilian Amazon, a remote-sensing-based ET and water balance model was performed over an 8-year consecutive period in a commercial oil palm site near Moju, Pará, Brazil. The results of the water balance model revealed that under Amazon climate influence, the multi-year average of daily and total ETa was about 3.4 ± 0.4 mm d-1 and 1229 ± 127.2 mm yr-1. The oil palm water requirements were lower during the dry season (364.7 ± 88.94 mm) comparing to the rainy period (864.4 ± 80.91 mm) as a result of eventual water stress. In an annual average basis, Kcadj was 0.87 ± 0.42, Kcb for the two first growing years was 0.78 ± 0.29, reaching an average of 1.16 ± 0.04 from the third cropping year. The correlation between in situ measured and modeled oil palm fresh fruit bunches (FFB) yields was described by a linear function (Yieldmod = 0.7626 Yieldmeas + 538.64; R2 = 0.9913). In summary, this thesis presents interesting results on palm oil needs in two Brazilian regions, which may be of fundamental importance in establishing strategies to improve the efficiency of water use in palm plantations. / A palma de óleo, ou dendezeiro, é uma cultura perene que se destaca pela maior produção de óleo por área plantada entre as oleaginosas. O principal objetivo desta Tese foi determinar a exigência de água pela palma de óleo em duas condições edafoclimáticas brasileiras distintas. Especificamente, este estudo objetivou: (i) quantificar a evapotranspiração real (ETa), obter coeficientes de cultura (Kc e Kcb) e determinar a relação entre o coeficiente de cultura basal (Kcb) e índice de área foliar (IAF) de plantas jovens de palma de óleo irrigadas em condições subtropicais úmidas; (ii) determinar a variação espaço-temporal da evapotranspiração da palma de óleo a partir de imagens de satélite ajustadas, bem como o coeficiente de cultura ajustado (Kcadj) e seus componentes sob condições climáticas da Amazônia. A necessidade hídrica de dendezeiros jovens foi determinada a partir de leituras feitas por um lisímetro de pesagem de precisão (4,0 m de diâmetro x 1,3 m de profundidade) instalado em Piracicaba, SP, Brasil. Os coeficientes de cultura foram obtidos dividindo-se as medidas lisimétricas no período de 24 h pela evapotranspiração de referência (ETo) calculada pelo método de Penman-Monteith (FAO-56) e as medidas de IAF foram realizadas por meio do analisador de área foliar LAI-2200. As medidas lisimétricas mostraram que a ETa e a transpiração da palma de óleo jovem foram 2,50 ± 1,39 mm d-1 e 1,43 ± 1,09 mm d-1, respectivamente, e os correspondentes Kc e Kcb foram 0,71 e 0,41, respectivamente. Kcadj médio para plantas entre 18 e 33 meses de idade foi de 0,08 e é recomendado apenas para irrigação por gotejamento, uma vez que é o resultado de um ajuste dependente da cobertura do solo e do espaçamento entre culturas. A relação Kcb-IAF obtida para palma de óleo foi Kcb = 0,5895 IAF - 0,6674 (R2 = 0,9856) e pode ser útil para estimar o uso de água de dendê a partir de medidas de IAF. Para determinar o consumo hídrico da palma de óleo na Amazônia Oriental Brasileira, um modelo de balanço hídrico baseado em dados de sensoriamento remoto foi utilizado durante um período de 8 anos consecutivos em um cultivo comercial de palma de óleo no município de Moju, Pará, Brasil. Os resultados revelaram que, sob a influência do clima na Amazônia, a média plurianual da ETa diária e total foi de cerca de 3,4 ± 0,4 mm dsup>-1e 1229 ± 127,2 mm ano -1. As necessidades hídricas da palma de óleo foram menores durante a estação seca (364,7 ± 88,94 mm) em relação ao período chuvoso (864,4 ± 80,91 mm) em decorrência de eventuais situações de estresse hídrico. O Kcadj médio de todo o período foi 0,87 ± 0,42. O Kcb foi caracterizado por um contínuo crescimento nos dois primeiros anos de cultivo (média de 0,78 ± 0,29), o qual se estabilizou a partir do terceiro ano com valores médios 1,16 ± 0,04. A correlação entre os rendimentos de cachos de frutos frescos (CFF) medidos in situ e modelados foi descrita por uma função linear (Prodmod = 0,7626. Prodmed + 538,64; R2 = 0,9913). Por fim, esta Tese apresenta resultados interessantes sobre as necessidades de óleo de dendê em duas regiões brasileiras, os quais podem ser de fundamental importância no estabelecimento de estratégias para melhorar a eficiência do uso da água em plantações de dendê.

SILVA, Eduardo Magno Pereira. Determinação do coeficiente de cultura da melancia, em solo sob palhada e preparo convencional, na microrregião de Teresina, Piauí. 2012. 102 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Engenharia Agrícola, Fortaleza-CE, 2012. / Submitted by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-06-21T13:35:20Z No. of bitstreams: 1 2012_dis-empsilva.pdf: 2759087 bytes, checksum: d0dfc3464fcc4081ed5b63da1851ebd4 (MD5) / Approved for entry into archive by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-06-21T13:36:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis-empsilva.pdf: 2759087 bytes, checksum: d0dfc3464fcc4081ed5b63da1851ebd4 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-21T13:36:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis-empsilva.pdf: 2759087 bytes, checksum: d0dfc3464fcc4081ed5b63da1851ebd4 (MD5) Previous issue date: 2012

As atividades agrícolas promovem modificações na estrutura física do solo e nas interações que ocorrem no seu interior. As mudanças promovidas nestas atividades podem gerar alterações do processo hidrogeoquímico no solo. Este estudo tem por objetivo estudar o processo hidrológico e o transporte de espécies químicas em solos agrícolas do Sul do Brasil, quando submetidos à chuva de alta intensidade, em lisímetros de drenagem, que são dispositivos experimentais. Sete lisímetros instalados em quatro bacias hidrográficas situadas nos estados do Sul do Brasil foram utilizados nos experimentos, apresentando os mesmos procedimentos metodológicos de dimensionamento e instalação. Nestes, foram realizadas simulações, com diferentes intensidades de chuva, com monitoramento do escoamento superficial e o de drenagem, analisadas quimicamente para as espécies químicas amônio, nitrato, nitrito, fosfato, carbono orgânico e inorgânico total. Foram realizados 77 ensaios de simulação de chuva, com intensidades de chuva variando entre 30 e 140 mm h-1, correspondendo a um período de retorno da ordem de 1 a 1000 anos, respectivamente, correspondendo a chuvas extremas. As séries de dados geradas foram analisadas quanto às suas evoluções temporais e espaciais, magnitude e o processo de transporte envolvido. Os modelos SWAP - Soil, Water, Atmosphere, Plant Environment e ANIMO - Agricultural Nutrient Model foram aplicados às séries, visando avaliar o processo hidrogeoquímico representados. Os modelos são de base física e apropriados para uso em escala de lisímetro. A geração de escoamento superficial, as taxas de infiltração de água no solo e a drenagem interna, em eventos pluviométricos de alta intensidade são influenciadas pelas práticas de manejo e pelo estádio de desenvolvimento da cobertura vegetal e a própria intensidade da chuva. Para elevadas intensidades de chuva tem-se o aumento da água retida na superfície, com consequente alteração na carga hidráulica, proporcionando aumento das taxas de infiltração e do escoamento no perfil do solo. As simulações de chuvas intensas mostram que as concentrações de nitrato nas águas de escoamento superficial e de drenagem são mais elevadas do que aquelas de amônio, nitrito, fosfato, carbono orgânico total e carbono inorgânico. O modelo SWAP simulou adequadamente os componentes do balanço hídrico no lisímetro nas escalas de tempo diário e das chuvas simuladas. Os coeficientes de eficiência de Nash-Sutcliffe na calibração e na verificação, na escala diária, foram superiores a 0,8 para o escoamento de drenagem. Para o nitrato e o fosfato, o modelo ANIMO simulou corretamente as concentrações nas datas de coletas de amostras de águas do escoamento superficial e de drenagem da série de dados diários. Nos períodos dos ensaios de chuvas simuladas, o modelo SWAP apresentou coeficientes de eficiência da ordem de 0,8 para a calibração e verificação do escoamento de drenagem. As evoluções das vazões dos ramos de ascensão e das vazões máximas dos hidrogramas foram adequadamente reproduzidas. O modelo ANIMO simulou com boa precisão as variações temporais das concentrações de nitrato e de fosfato nos períodos de verificação e de calibração das séries de ensaios de simulação de chuva. / Agricultural activities promote modifications in the physical structure of the soil and the interactions that occur within. The changes promoted these activities can generate changes in hydrogeochemical processes in the soil. This study aims to the hydrological processes and transport of chemical species in agricultural soils in southern Brazil, when subjected to rain of high intensity in drainage lysimeters, are experimental devices. Seven lysimeters installed in four catchment areas in the southern states of Brazil were used in the experiments, which present the same methodology and manufacturing facility. In these were performed simulations with different rainfall intensities. Were monitored runoff, drainage and analyzed water samples collected for chemical species ammonium, nitrate, nitrite, phosphate, total organic and inorganic carbon. 77 tests were performed to simulate rain, precipitation intensities ranging between 30 and 140 mm h-1, corresponding to return period of about 1 to 1,000 years, respectively, corresponding to extreme rainfall. The datasets generated were analyzed for their spatial and temporal evolutions, their magnitudes and transport processes involved. The models SWAP - Soil, Water, Atmosphere, Environment and Plant and ANIMO - Agricultural Nutrient Model, was applied to the series, to evaluate the hydrogeochemical processes represented. The models are based on physical and suitable for use in lysimeter scale. The generation of runoff, infiltration rates and soil water drainage built in high intensity rainfall events are influenced by management practices and the development stage of the vegetation cover and the very intensity of precipitation. For high intensity rainfall has increased water retained in the surface, with a consequent change in hydraulic head, providing increased rates of infiltration and runoff in the soil profile. The simulations show that the heavy rainfall nitrate concentrations in water runoff and drainage are higher than those of ammonium, nitrite, phosphate, total organic carbon and inorganic carbon. The SWAP model adequately simulated the water balance components in the lysimeter and daily time scales of simulated rainfall. The coefficient of efficiency Nash-Sutcliffe calibration and verification in a daily were more than 0.8 drain for disposal. For nitrate and phosphate, the model correctly simulated ANIMO concentrations on the dates of sample collection of water runoff and drainage series of daily data. During periods of rainfall test, the model presented SWAP efficiency ratios on the order of 0.8 for calibration and verification of drainage outlets. The evolutions of the flow of arms to rise and peak flows of hydrographs were properly reproduced. The model adequately simulated ANIMO temporal variations in the concentrations of nitrate and phosphate during periods of verification and calibration of the test suites rainfall simulation.

As atividades agrícolas promovem modificações na estrutura física do solo e nas interações que ocorrem no seu interior. As mudanças promovidas nestas atividades podem gerar alterações do processo hidrogeoquímico no solo. Este estudo tem por objetivo estudar o processo hidrológico e o transporte de espécies químicas em solos agrícolas do Sul do Brasil, quando submetidos à chuva de alta intensidade, em lisímetros de drenagem, que são dispositivos experimentais. Sete lisímetros instalados em quatro bacias hidrográficas situadas nos estados do Sul do Brasil foram utilizados nos experimentos, apresentando os mesmos procedimentos metodológicos de dimensionamento e instalação. Nestes, foram realizadas simulações, com diferentes intensidades de chuva, com monitoramento do escoamento superficial e o de drenagem, analisadas quimicamente para as espécies químicas amônio, nitrato, nitrito, fosfato, carbono orgânico e inorgânico total. Foram realizados 77 ensaios de simulação de chuva, com intensidades de chuva variando entre 30 e 140 mm h-1, correspondendo a um período de retorno da ordem de 1 a 1000 anos, respectivamente, correspondendo a chuvas extremas. As séries de dados geradas foram analisadas quanto às suas evoluções temporais e espaciais, magnitude e o processo de transporte envolvido. Os modelos SWAP - Soil, Water, Atmosphere, Plant Environment e ANIMO - Agricultural Nutrient Model foram aplicados às séries, visando avaliar o processo hidrogeoquímico representados. Os modelos são de base física e apropriados para uso em escala de lisímetro. A geração de escoamento superficial, as taxas de infiltração de água no solo e a drenagem interna, em eventos pluviométricos de alta intensidade são influenciadas pelas práticas de manejo e pelo estádio de desenvolvimento da cobertura vegetal e a própria intensidade da chuva. Para elevadas intensidades de chuva tem-se o aumento da água retida na superfície, com consequente alteração na carga hidráulica, proporcionando aumento das taxas de infiltração e do escoamento no perfil do solo. As simulações de chuvas intensas mostram que as concentrações de nitrato nas águas de escoamento superficial e de drenagem são mais elevadas do que aquelas de amônio, nitrito, fosfato, carbono orgânico total e carbono inorgânico. O modelo SWAP simulou adequadamente os componentes do balanço hídrico no lisímetro nas escalas de tempo diário e das chuvas simuladas. Os coeficientes de eficiência de Nash-Sutcliffe na calibração e na verificação, na escala diária, foram superiores a 0,8 para o escoamento de drenagem. Para o nitrato e o fosfato, o modelo ANIMO simulou corretamente as concentrações nas datas de coletas de amostras de águas do escoamento superficial e de drenagem da série de dados diários. Nos períodos dos ensaios de chuvas simuladas, o modelo SWAP apresentou coeficientes de eficiência da ordem de 0,8 para a calibração e verificação do escoamento de drenagem. As evoluções das vazões dos ramos de ascensão e das vazões máximas dos hidrogramas foram adequadamente reproduzidas. O modelo ANIMO simulou com boa precisão as variações temporais das concentrações de nitrato e de fosfato nos períodos de verificação e de calibração das séries de ensaios de simulação de chuva. / Agricultural activities promote modifications in the physical structure of the soil and the interactions that occur within. The changes promoted these activities can generate changes in hydrogeochemical processes in the soil. This study aims to the hydrological processes and transport of chemical species in agricultural soils in southern Brazil, when subjected to rain of high intensity in drainage lysimeters, are experimental devices. Seven lysimeters installed in four catchment areas in the southern states of Brazil were used in the experiments, which present the same methodology and manufacturing facility. In these were performed simulations with different rainfall intensities. Were monitored runoff, drainage and analyzed water samples collected for chemical species ammonium, nitrate, nitrite, phosphate, total organic and inorganic carbon. 77 tests were performed to simulate rain, precipitation intensities ranging between 30 and 140 mm h-1, corresponding to return period of about 1 to 1,000 years, respectively, corresponding to extreme rainfall. The datasets generated were analyzed for their spatial and temporal evolutions, their magnitudes and transport processes involved. The models SWAP - Soil, Water, Atmosphere, Environment and Plant and ANIMO - Agricultural Nutrient Model, was applied to the series, to evaluate the hydrogeochemical processes represented. The models are based on physical and suitable for use in lysimeter scale. The generation of runoff, infiltration rates and soil water drainage built in high intensity rainfall events are influenced by management practices and the development stage of the vegetation cover and the very intensity of precipitation. For high intensity rainfall has increased water retained in the surface, with a consequent change in hydraulic head, providing increased rates of infiltration and runoff in the soil profile. The simulations show that the heavy rainfall nitrate concentrations in water runoff and drainage are higher than those of ammonium, nitrite, phosphate, total organic carbon and inorganic carbon. The SWAP model adequately simulated the water balance components in the lysimeter and daily time scales of simulated rainfall. The coefficient of efficiency Nash-Sutcliffe calibration and verification in a daily were more than 0.8 drain for disposal. For nitrate and phosphate, the model correctly simulated ANIMO concentrations on the dates of sample collection of water runoff and drainage series of daily data. During periods of rainfall test, the model presented SWAP efficiency ratios on the order of 0.8 for calibration and verification of drainage outlets. The evolutions of the flow of arms to rise and peak flows of hydrographs were properly reproduced. The model adequately simulated ANIMO temporal variations in the concentrations of nitrate and phosphate during periods of verification and calibration of the test suites rainfall simulation.

As atividades agrícolas promovem modificações na estrutura física do solo e nas interações que ocorrem no seu interior. As mudanças promovidas nestas atividades podem gerar alterações do processo hidrogeoquímico no solo. Este estudo tem por objetivo estudar o processo hidrológico e o transporte de espécies químicas em solos agrícolas do Sul do Brasil, quando submetidos à chuva de alta intensidade, em lisímetros de drenagem, que são dispositivos experimentais. Sete lisímetros instalados em quatro bacias hidrográficas situadas nos estados do Sul do Brasil foram utilizados nos experimentos, apresentando os mesmos procedimentos metodológicos de dimensionamento e instalação. Nestes, foram realizadas simulações, com diferentes intensidades de chuva, com monitoramento do escoamento superficial e o de drenagem, analisadas quimicamente para as espécies químicas amônio, nitrato, nitrito, fosfato, carbono orgânico e inorgânico total. Foram realizados 77 ensaios de simulação de chuva, com intensidades de chuva variando entre 30 e 140 mm h-1, correspondendo a um período de retorno da ordem de 1 a 1000 anos, respectivamente, correspondendo a chuvas extremas. As séries de dados geradas foram analisadas quanto às suas evoluções temporais e espaciais, magnitude e o processo de transporte envolvido. Os modelos SWAP - Soil, Water, Atmosphere, Plant Environment e ANIMO - Agricultural Nutrient Model foram aplicados às séries, visando avaliar o processo hidrogeoquímico representados. Os modelos são de base física e apropriados para uso em escala de lisímetro. A geração de escoamento superficial, as taxas de infiltração de água no solo e a drenagem interna, em eventos pluviométricos de alta intensidade são influenciadas pelas práticas de manejo e pelo estádio de desenvolvimento da cobertura vegetal e a própria intensidade da chuva. Para elevadas intensidades de chuva tem-se o aumento da água retida na superfície, com consequente alteração na carga hidráulica, proporcionando aumento das taxas de infiltração e do escoamento no perfil do solo. As simulações de chuvas intensas mostram que as concentrações de nitrato nas águas de escoamento superficial e de drenagem são mais elevadas do que aquelas de amônio, nitrito, fosfato, carbono orgânico total e carbono inorgânico. O modelo SWAP simulou adequadamente os componentes do balanço hídrico no lisímetro nas escalas de tempo diário e das chuvas simuladas. Os coeficientes de eficiência de Nash-Sutcliffe na calibração e na verificação, na escala diária, foram superiores a 0,8 para o escoamento de drenagem. Para o nitrato e o fosfato, o modelo ANIMO simulou corretamente as concentrações nas datas de coletas de amostras de águas do escoamento superficial e de drenagem da série de dados diários. Nos períodos dos ensaios de chuvas simuladas, o modelo SWAP apresentou coeficientes de eficiência da ordem de 0,8 para a calibração e verificação do escoamento de drenagem. As evoluções das vazões dos ramos de ascensão e das vazões máximas dos hidrogramas foram adequadamente reproduzidas. O modelo ANIMO simulou com boa precisão as variações temporais das concentrações de nitrato e de fosfato nos períodos de verificação e de calibração das séries de ensaios de simulação de chuva. / Agricultural activities promote modifications in the physical structure of the soil and the interactions that occur within. The changes promoted these activities can generate changes in hydrogeochemical processes in the soil. This study aims to the hydrological processes and transport of chemical species in agricultural soils in southern Brazil, when subjected to rain of high intensity in drainage lysimeters, are experimental devices. Seven lysimeters installed in four catchment areas in the southern states of Brazil were used in the experiments, which present the same methodology and manufacturing facility. In these were performed simulations with different rainfall intensities. Were monitored runoff, drainage and analyzed water samples collected for chemical species ammonium, nitrate, nitrite, phosphate, total organic and inorganic carbon. 77 tests were performed to simulate rain, precipitation intensities ranging between 30 and 140 mm h-1, corresponding to return period of about 1 to 1,000 years, respectively, corresponding to extreme rainfall. The datasets generated were analyzed for their spatial and temporal evolutions, their magnitudes and transport processes involved. The models SWAP - Soil, Water, Atmosphere, Environment and Plant and ANIMO - Agricultural Nutrient Model, was applied to the series, to evaluate the hydrogeochemical processes represented. The models are based on physical and suitable for use in lysimeter scale. The generation of runoff, infiltration rates and soil water drainage built in high intensity rainfall events are influenced by management practices and the development stage of the vegetation cover and the very intensity of precipitation. For high intensity rainfall has increased water retained in the surface, with a consequent change in hydraulic head, providing increased rates of infiltration and runoff in the soil profile. The simulations show that the heavy rainfall nitrate concentrations in water runoff and drainage are higher than those of ammonium, nitrite, phosphate, total organic carbon and inorganic carbon. The SWAP model adequately simulated the water balance components in the lysimeter and daily time scales of simulated rainfall. The coefficient of efficiency Nash-Sutcliffe calibration and verification in a daily were more than 0.8 drain for disposal. For nitrate and phosphate, the model correctly simulated ANIMO concentrations on the dates of sample collection of water runoff and drainage series of daily data. During periods of rainfall test, the model presented SWAP efficiency ratios on the order of 0.8 for calibration and verification of drainage outlets. The evolutions of the flow of arms to rise and peak flows of hydrographs were properly reproduced. The model adequately simulated ANIMO temporal variations in the concentrations of nitrate and phosphate during periods of verification and calibration of the test suites rainfall simulation.

Submitted by Celso Magalhaes (celsomagalhaes@ufrrj.br) on 2017-06-21T17:22:59Z No. of bitstreams: 1 2016 - M?rio S?rgio Paiva de Ara?jo.pdf: 1411691 bytes, checksum: 797d6757b675c1af2aaa3ad4164c44a8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-21T17:22:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - M?rio S?rgio Paiva de Ara?jo.pdf: 1411691 bytes, checksum: 797d6757b675c1af2aaa3ad4164c44a8 (MD5) Previous issue date: 2016-02-25 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / The study of crops water demand throughout its development cycle enables the rational use of water, and this scarce study for maize intercropped with bean-to-pig and cabbage grown in maize straw. The objective of this work was to determine the crop evapotranspiration (ETc) and crop coefficients (Kc) of ?caatingueiro? corn under monoculture and intercropping system with bean-to-pig, , and ?fuyutoyo? cabbage planted on the straw, and to check the influence of the consortium in the production of corn and cabbage. The study was conducted in Serop?dica-RJ, using weighing lysimeters, the Kc values were determined by the ratio between ETc and the reference evapotranspiration (ETo). The ETo was estimated by the FAO Penman-Monteith model. The ETc values were calculated using the water balance of the lysimeter-cropp-soil system. The cycle caatingueiro corn intercropped with jack bean and monoculture was March 18 to June 25, the Kc values were calculated for the four stages of crop development. The corn planted in three areas, one with corn intercropping and jack beans with full irrigation (C100), the other with intercropped with deficit irrigation (CD75) and the last with monoculture (Mon). Four samples were taken throughout the cycle to analyze the leaf area, plant height and cob insertion and end of the cycle data of productivity and of water use efficiency (WUE) were measured. The fuyutoyo cabbage was transplanted from the tray to the area 33 days and the cycle after transplant lasted from July 17 to October 26, the Kc values were calculated for the four stages of development. The Kc values for each phase of crop development in the intercropping system were: I (0.78); II (1.06); III (1.10) and IV (1.01), for the monoculture system, the kc values were: I (0.62); II (0.92); III (1.27) and IV (0.89). The corn had a Degree-Days accumulation of 1416.5 ? C throughout cycle, there was not significant difference in leaf area and number of corn cob between the three areas, The C100 area showed smaller values of plant height for all measurements, since the CD75 was lower than Mon only the first measurement. The productivity of C100 (6937.17 kg / ha) did not differ from that found in Mon (6055.34 kg / ha) and was higher than that found in CD75 (4328.91 kg / ha). The C100 showed higher WUE than CD75 and was similar to values found for Mon. The Cabbage has kc values for each phase of crop development: I (1.02); II (1.03); III (1.05) and IV (1.01) and had a degrees-day accumulation of 1439.2 ? C. The productivity cabbage RMon (34.76 T / ha) was higher than the area RC100 (18.99 T / ha), the WUE was lower in RC100. The RCD75 did not differ in the statistical tests. Corn consortium with beans had good result in corn yields in the area C100 and lower productivity in CD75 area, and had no satisfactory result in cabbage productivity in the area RC100 / O estudo da demanda h?drica das culturas ao longo do seu ciclo de desenvolvimento possibilita o uso racional da ?gua, sendo esse estudo escasso tanto para consorcia??o de milho com feij?o-de-porco, quanto para o repolho cultivado em palhada de milho. Objetivou-se determinar a evapotranspira??o da cultura (ETc) e os coeficientes de cultura (Kc) do milho caatingueiro, consorciado com feij?o-de-porco e em sistema de monocultivo, e do repolho fuyutoyo plantado sobre a palhada remanescente, assim como verificar a influ?ncia do cons?rcio na produ??o do milho e do repolho. O estudo foi realizado em Serop?dica-RJ, utilizando lis?metros de pesagem. Os valores de Kc foram determinados por meio da raz?o entre ETc e ETo (evapotranspira??o de refer?ncia). A ETo foi estimada pela metodologia proposta por Penman-Monteith FAO, enquanto a ETc foi obtida pelo balan?o h?drico do sistema lis?metro-cultura-solo. O ciclo do milho caatingueiro consorciado com feij?o-de-porco e monocultivo foi de 18 de mar?o a 25 de junho de 2015, e teve Kc estimado para as quatro fases de desenvolvimento da cultura, o milho foi plantado em tr?s ?reas, uma com consorcia??o de milho e feij?o-de-porco aplicando-se irriga??o plena (C100), outra com consorcia??o e irriga??o em d?ficit (CD75) e a ?ltima com monocultivo e irriga??o plena (Mon). Foram realizadas quatro coletas ao longo do ciclo para analisar a ?rea foliar, altura da planta e a inser??o da espiga e no final do ciclo dados de produtividade e efici?ncia do uso da ?gua (EUA) foram medidos. As mudas do repolho fuyutoyo foram transplantadas para a ?rea com 33 dias ap?s a semeadura e o ciclo ap?s transplante durou de 17 de julho a 26 de outubro de 2015, o qual teve o Kc para as quatro fases de desenvolvimento. O repolho foi transplantado na palhada do milho em tr?s ?reas, ficando dividido em repolho onde tinha cons?rcio sem deficit (RC100) e com d?ficit (RCD75) e repolho onde tinha monocultivo (RMon) sendo avaliado dados de produtividade no final do ciclo. Os valores de Kc para cada fase de desenvolvimento do milho em cons?rcio com a feij?o-de-porco foram: I (0,78); II (1,06); III (1,10) e IV (1,01), para o monocultivo, os valores foram: I (0,62); II (0,92); III (1,27) e IV (0,89). O milho teve um acumulo de graus-dias de 1416,5 ?C durante todo ciclo, n?o sendo encontrada diferen?a significativa na ?rea folia e no n?mero de espiga do milho entre as tr?s ?reas. A ?rea C100 apresentou menores valores de altura de planta em todas as medi??es, CD75 foi inferior ao Mon apenas na primeira medi??o. A produtividade do C100(6937,17 kg/ha) n?o diferiu da encontrada no Mon (6055,34 kg/ha) e foi superior a encontrada no CD75(4328,91 kg/ha). O C100 apresentou maior EUA que o CD75 e foi semelhante aos valores encontrados para o Mon. O repolho teve valores de Kc para cada fase de desenvolvimento de: I (1,02); II (1,03); III (1,05) e IV (1,01), com acumulo graus-dia de 1439,2 ?C. A produtividade do repolho RMon (34,76 T/ha) foi superior ? da ?rea RC100 (18,99 T/ha), tendo o mesmo comportamento na EUA. O RCD7 n?o diferiu nos testes estat?stico com rela??o aos demais tratamentos. Pode-se concluir cons?rcio de milho com feij?o-de-porco teve boa resposta na produtividade do milho na ?rea C100 e uma menor produtividade na ?rea CD75, e n?o teve resposta satisfat?ria na produtividade do repolho na ?rea RC100

A evapotranspiração pode ser responsável por mais da metade da saída de água de uma bacia hidrográfica, sendo uma variável importante para o balanço hídrico e para a estimativa da recarga. Nesse sentido, objetivou-se com este trabalho analisar a evapotranspiração de referência (ETo) e real (ETr) para a região de Jaboticabal-SP, assim como verificar a influência da umidade do solo na evapotranspiração. A variação da evapotranspiração de referência foi estudada a partir da interpretação de dados de uma bateria de seis lisímetros de drenagem (EToLis) e estimativas teóricas por três equações diferentes disponíveis na literatura (Tanque Classe A, Thornthwaite e Penman Monteith FAO 56 utilizando a radiação solar global estimada, observada e todas as variáveis observadas). A evapotranspiração real foi obtida por meio de dados de uma bateria de três lisímetros operando em condições reais de campo e a partir do balanço hídrico seqüencial de Thornthwaite e Mather (1955) utilizando a evapotranspiração de referência obtida pelos três modelos teóricos. Outros três lisímetros receberam irrigações esporádicas e obtiveram-se outros valores de evapotranspiração, a fim de comparar o comportamento da evapotranspiração sob três disponibilidades de água no solo. A análise estatística de correlação indica que as estimativas da ETo por equações teóricas comparadas à EToLis medida em lisímetro de drenagem não apresentaram bons índices de comparação e erro. Admitindo que a operação dos lisímetros não permitiu a determinação da ETo com boa confiabilidade, comparou-se os métodos com a equação de Penman Monteith FAO 56 utilizando todas as variáveis observadas. Observou-se ótima correlação entre a equação de Penman Monteith FAO 56 com os modelos utilizando a radiação solar global observada e estimada e com o Tanque Classe A. No tocante à evapotranspiração real, houve boas correlações entre os valores medidos pelos lisímetros e os valores estimados pelo balanço hídrico de Thornthwaite e Mather. Melhor correlação foi verificada quando se utilizou o valor da CAD calculada em função dos parâmetros físicos do solo. Os valores de ETr obtidos através do balanço hídrico utilizando a ETo estimada por Penman Monteith utilizando a radiação solar global observada apresentou a melhor correlação com os dados lisimétricos. Com relação à variação de umidade do solo, verificou-se um comportamento distinto entre as evapotranspirações observando um aumento da ET de acordo com o aumento do número de irrigações. / The evapotranspiration can be responsible for more than the half of the water that leaves a watershed, being an important variable for the water balance and for estimating the recharge. In this direction, the objective of this study was to analyse the reference (ETo) and actual (ETr) evapotranspiration for the region of Jaboticabal-SP, Brazil, as well as to verify the influence of the soil water content in the evapotranspiration. The variation of the reference evapotranspiration was studied based on data of a battery of six drainage lysimeters (EToLis) and tree different theoretical models were used (Tanque Classe A, Thornthwaite and Penman Monteith FAO 56 using the estimated and observed global solar radiation and all the variables observed). The actual evapotranspiration data were obtained from a battery of three lysimeters operating in real field conditions and from the water balance of Thornthwaite and Mather (1955), using as reference evapotranspiration the values from the three theoretical models. Others three lysimeters received irrigation sporadically and others values of evapotranspiration were measured, in order to compare the behavior of the evapotranspiration under three availabilities soil water content. The statistical correlation analysis indicates that the estimates of ETo from theoretical equations compared to the EToLis measured in lysimeter of draining did not present good indices of comparison and error. Aware that the operation of the lysimeters did not allow the determination of the ETo with good trustworthiness, one compared the methods with the equation of Penman Monteith FAO 56 using all the observed variables. An excellent correlation was observed between the equation of Penman Monteith FAO 56 with the models using observed global solar radiation and estimated and with Tanque Classe A. Regarding actual evapotranspiration, there were good correlations between the values measured for the lysimeters and the estimated values for water balance of Thornthwaite and Mather. The values of ETr through the water balance using the ETo esteem for Penman Monteith using the observed global solar radiation presented the best correlation with the lisimeters data. Regarding to the variation of soil water content, a distinct behavior was verified between the evapotranspirations in accordance with observing an increase of the ET the increase of the irrigation number.

La production croissante des nanoparticules issues du développement des nanotechnologies et leur incorporation dans des produits de consommation vont inévitablement conduire à leur introduction dans l’environnement. Ces particules peuvent constituer un vecteur de substances polluantes en raison du transport facilité des contaminants organiques ou inorganiques potentiellement adsorbés sur leurs surfaces ou représentent elles-mêmes un risque pour l’environnement et la santé humaine. La zone non saturée joue une fonction importante de filtration naturelle des eaux de recharge des nappes. Les mécanismes de transport et de rétention des nanoparticules à travers cette zone sont complexes du fait des hétérogénéités de type structural et textural de celle-ci. Ces hétérogénéités sont à l'origine des écoulements préférentiels et d’un grand nombre de facteurs d'interaction physico-chimiques liés aux propriétés des nanoparticules et de la zone non saturée elle-même. L'objectif de la thèse est de mieux comprendre les effets de ces hétérogénéités sur le transport des nanoparticules dans un milieu non saturé hétérogène afin de mieux prévenir le devenir des nanoparticules dans le sol. Dans ce contexte, trois matériaux granulaires (un sable et des mélanges sable-gravier) ont été mis en place en colonne (10 cm de diamètre x 30 cm de hauteur) et dans le lysimètre LUGH du LEHNA (100 x 160 x 100 cm3) pour simuler le transport des nanoparticules dans le sol. Le but est de déterminer le rôle des hétérogénéités texturale (différentes granulométries) et structurale (barrière capillaire) du sol, en prenant en compte les effets de la force ionique de la solution et de la vitesse d’écoulement sur le transfert des nanoparticules en conditions non saturées. Des nanoparticules de silice marquées par des molécules organiques fluorescentes ont été développées en tant que nanotraceur particulaire dans le cadre de cette étude, l’ion bromure a été utilisé pour caractériser l’écoulement de l’eau. Le modèle de transfert de non équilibre hydrodynamique à fractionnement de l'eau en deux phases mobile et immobile, MIM, incluant un terme de rétention et de relargage des nanoparticules, décrit correctement les courbes d'élution de nanoparticules, pour les expériences en colonne. Cette étude a permis de caractériser les effets liés aux différentes tailles des grains du sol et à la barrière capillaire sur la rétention des nanoparticules. Les expériences réalisées avec différentes forces ioniques montrent que pour les forces ioniques comprises entre 1 et 50 mM, la rétention est croissante comme prédit la théorie DLVO ; cependant à partir d’une force ionique supérieure à 100 mM il se produit une inversion de la rétention. Lorsque la vitesse d’écoulement diminue, la rétention augmente, probablement en partie à l’interface air-eau. Le lysimètre LUGH a permis d’identifier le rôle de la barrière capillaire sur la rétention des nanoparticules. Un modèlenumérique 3D basé sur l’équation de Richards pour l’écoulement et les équations convection dispersion couplées avec un module de rétention pour les nanoparticules a été dévelopé. Les résultats montrent que la rétention a augmenté à l’interface sable-milieu bimodal. Le profil de rétention de nanoparticules indique qu’elles sont majoritairement retenues en surface du sol, puis la rétention diminue avec la profondeur, pour les expériences réalisées en colonne. Le nanotraceur constitue un outil puissant pour l’étude du rôle des hétérogénéités dans le transfert des particules dans un sol non saturé. / Increasing production of nanoparticles from nanotechnology development and incorporation into consumer products will inevitably lead to their introduction into the environment. These particles can be a vector of pollutants due to the facilitated transport of organic and inorganic contaminants potentially adsorbed on their surfaces or represent a risk to the environment and human health themselves. The unsaturated zone plays an important function of natural water filtration recharge. The transport and retention mechanisms of nanoparticles through this zone are complex due to the structural and textural soil heterogeneities. These heterogeneities are causing preferential flows and are responsible a large number of physical and chemical interaction related to the nanoparticles properties. The aim of the thesis is to better understand effects of soil heterogeneities on the transport of nanoparticles in a heterogeneous unsaturated media to better prevent the fate of nanoparticles in the vadose zone. In this context, three granular materials (sand and sand - gravel mixtures) were introduced in column (10 cm diameter x 30 cm high) and the lysimeter LUGH of Lehna (100 x 160 x 100 cm3) to simulate the transport of nanoparticles in the soil. The goal is to determine the role of heterogeneous textural (different sizes) and structural (barrier capillary) heterogeneities of the soil, taking into account the effects of the ionic strength of the solution and the flow rate on the transfer of the nanoparticles in unsaturated conditions. Silica nanoparticles labeled with fluorescent organic molecules have been developed as particulate v in this study, the bromide ion has been used to characterize the flow of water. The transfer model of non-equilibrium hydrodynamic fractionation of water and two mobile and immobile phases, MIM, including a retention and release term of the nanoparticles, properly described breakthrough curves of nanoparticles on column experiments. This study allowed to characterize the effects related of different grain sizes of soil and capillary barrier on the nanoparticle retention. Experiments with different ionic strengths show for the ionic strength between 1 and 50 mM, the retention increased as predicted by the DLVO theory. However, from an ionic strengh greater than 100 mM an inversion retention occurs. When the flow rate decreases, retention increases, air - water interface increases and trapps probably the nanoparticles. Lysimeter LUGH allowed to identify the role of the capillary barrier on the retention of nanoparticles. A 3D numerical model based on Richards equation for flow and the convection dispersion equations coupled with a mechanical module for nanoparticle trapping was developed. Results show retention increased in the sand-bimodal interface. The retention profile indicates that nanoparticles are predominantly retained at the soil surface, then the retention decreases with depth, for the column experiments. The nanotracer is a powerful tool for studying the role of heterogeneous in the transfer of particles in an unsaturated soil.

Die Bewirtschaftung der knappen Ressource sauberen Wassers setzt das Verständnis der Wasserhaushaltsprozesse voraus. Mit prozessorientierten Modellen können Wasserbilanzen für unterschiedliche Standortbedingungen berechnet werden, wenn die Modelle zuvor an repräsentativen Zeitreihen, die die notwendige hydrologische Information enthalten, kalibriert und die Sensitivität ihrer Parameter analysiert wurden. Am Groß-Lysimeter St. Arnold (Westfalen) werden seit 1966 neben den meteorologischen Parametern tägliche Sickerwasserraten gemessen, die für diesen Zweck hervorragend geeignet sind, weil sie integrale Bilanzgrößen über die je 400m² x 3,50m großen Podsol-Bodenkörper und ihre Vegetationsbestände darstellen. Auf den drei Lysimetern wachsen Gras, ein Eichen-/Buchen- bzw. ein Kiefernbestand. Für die Untersuchung der Wasserhaushaltsprozesse wird das "LYsimeter outFlow and Evapotranspiration model" LYFE, entwickelt. Es verknüpft die Richards-Gleichung mit einem Interzeptionsmodell, das den Niederschlag in Infiltration, Blatt- und Streuinterzeption aufspaltet. Die Evapotranspirations-(ET)-Raten werden alternativ mit der Penman- oder Monteith-Formel berechnet. Die Simulationen vollziehen die gemessenen täglichen Sickerwasserraten aller drei Lysimeter unter den Klimavariabilitäten des gesamten Zeitraums von 34 Jahren nach. Am Graslysimeter ist die Sensitivität der ET-Parameter gering, so dass unterschiedlich aufwendige Methoden zur Bestimmung der bodenhydraulischen Parameter verglichen und bewertet werden können: die statischen Stechzylindermessungen der Retention und gesättigten Leitfähigkeit, der Verdunstungsversuch und verschiedene Pedotransferfunktionen (PTF). Die Simulation mit den Parametern des Verdunstungsversuchs ergeben eine gute Übereinstimmung mit den gemessenen Sickerwasserraten, während die Parameter der statischen Messungen durch die inverse Modellierung mindestens eines Parameters angepasst werden müssen. Von den PTF erzielen die kontinuierliche und die Klassen-PTF von Wösten die besten Übereinstimmungen. Der Wasserhaushalt der Baumbestände wird von der Interzeption dominiert. Dies gilt insbesondere für die Interzeptionsverdunstung im Winterhalbjahr, die die Unterschiedlichkeit der Wasserbilanz von Laub- und Nadelbaumbeständen verursacht. Wenn die ET mit der Penman-Formel berechnet wird, können die Raten der Evaporation und Transpiration nur schlecht abgeschätzt werden und steigen nicht mit dem Wachstum der Bestände. Durch die Verwendung der Monteith-Formel werden diese Probleme behoben. Darüberhinaus zeigt das Modell die unterschiedliche Wirkung von Transpiration und Interzeptionsverdunstung auf den Jahresgang der Sickerwasserraten und ermöglicht so die Angabe ihrer jeweiligen Beiträge zum Wasserhaushalt. Mit dem kalibrierten Modell können die lysimetrischen Messungen auf andere Standorte übertragen werden, um die langfristige Wasserbilanz zeitlich hochaufgelöst zu bestimmen. Daher kann LYFE im Rahmen regionaler Wasserhaushaltsuntersuchungen eingesetzt werden.