The study of soil structure allows inferences on soil behavior. Quantitative parameters are oftentimes required to describe soil structure and the multifractal ones are still underused in soil science. Some studies have shown relations between the multifractal spectrum and both soil surface roughness decay by rainfall and porous system heterogeneity, however, a particular multifractal response to a specific soil behavior is not established yet. Therefore, the objectives of this research were: (i) to establish relations between multifractal parameters and soil structure changes by analyzing both soil surface roughness maps and 2D images from impregnated soil blocks; and (ii) to utilize these parameters to evaluate soil surface degradation by the processes of crusting and sealing. An experiment with simulated rainfall was assembled on a Fine Rhodic Kandiudalf with an intensity of 120 mm h-1 in quadruplicate plots at amounts of 40, 80, and 120 mm, plus a no-rainfall control. The evolution of the surface roughness was evaluated in three scales of measurement: a field microrelief meter (MRM) gathered readings on a fixed grid (10 x 10 mm, 640,000 mm²); a multistripe laser triangulation (MLT) scanner was used in the laboratory in soil blocks, creating a random mesh (0.5 mm of resolution, 5625 mm²); an X-ray tomography (XRT) scanner gathered readings of a soil block on a fixed grid (0.074 x 0.074 mm, 900 mm²). For micromorphometrical analysis, undisturbed soil samples (0.12 x 0.07 x 0.05 m) were impregnated, sliced in blocks and polished. Each block was divided into three layers (0 to 10 mm, 20 to 30 mm and 40 to 50 mm), parallel to surface, and five images (10X magnification, 156.25 μm2 pixel-1) were taken by layer. After segmentation, three representative images were chosen by layer and the pore system was evaluated. Roughness analyzes showed no differences (p > 0.10) between multifractal parameters across rainfall amounts for MRM measurements, while both MLT and XRT could be used to model roughness degradation by rainfall increase. Since the last two scales presented similar results, MLT could replace XRT in such analysis, due to its lower cost and possibility of a larger area coverage. The multifractal behavior of pores changed according to sealing development and depth of measurement, being sensitive to the changes on size distribution and fragmentation degree (number of pores) within each size class. The Hausdorff dimensions at the left side of the spectrum (Lf(α)min, LΔf(α) and D2) showed a linear behavior with increasing rainfall amount, considering both soil surface roughness and area of pores measurements. However, D2 was not different (p > 0.10) along rainfalls for the porosity closer to surface, although parameters D0-D1, D0-D2 and D1-D2 could be used to described the changes in this layer. Was concluded that the multifractal spectrum is sensitive to structure changes caused by rainfall and that it can be used to parameterize both soil surface and pores degradation. / O estudo da estrutura do solo permite inferências sobre seu comportamento. Parâmetros quantitativos são comumente utilizados na avaliação da estrutura e os multifractais ainda são subutilizados na ciência do solo. Alguns estudos mostraram relação entre parâmetros multifractais com a diminuição da rugosidade superficial do solo devido à chuva e a heterogeneidade do sistema poroso. No entanto, uma assinatura multifractal relacionada a um comportamento específico do solo ainda não está estabelecida. Portanto, os objetivos desta pesquisa foram: (i) relacionar parâmetros multifractais com mudanças na estrutura do solo por meio da análise de mapas de rugosidade superficial e de imagens 2D provenientes de blocos impregnados de solo; e (ii) utilizar estes parâmetros para identificar as etapas de degradação do solo devido ao selamento e encrostamento superficial. Um experimento com chuva simulada com intensidade de 120 mm h-1 foi montado em uma Nitossolo Vermelho eutroférrico argiloso em parcelas quadruplas onde aplicou-se volumes de 40, 80 e 120 mm, mais um controle sem-chuva. A evolução da rugosidade superficial foi avaliada em três escalas: um rugosímetro de campo (MRM) reuniu leituras numa grade fixa (10 x 10 mm, 640000 mm²); um escâner com triangulação de lasers em multilinhas (MLT) foi usado em laboratório, sobre blocos de solo, criando uma grade aleatório (0,5 mm de resolução, 5625 mm²); um tomógrafo de raios-X (XRT) reuniu leituras de um bloco de solo em uma grade fixa (0,074 x 0,074 mm, de 900 mm²). Para a análise micromorfométrica, amostras de solo indeformado (0,12 x 0,07 x 0,05 m) foram impregnadas, cortadas em blocos, polidas e subdivididas em três camadas (0 a 10 mm, 20 a 30 mm e de 40 a 50 mm), paralelas à superfície, tendo cinco imagens (ampliação de 10x, 156,25 μm2 pixel-1) geradas por camada. Após a segmentação, três imagens foram selecionadas por camada e o sistema poroso foi avaliado. Análises de rugosidade não mostraram diferenças (p > 0.10) entre parâmetros multifractais nas medições da escala MRM, enquanto MLT e XRT puderam ser utilizadas para modelar a degradação da rugosidade com o aumento do volume de chuva. Como essas duas ultimas escalas apresentaram resultados similares, MLT poderia substituir o uso de XRT em tais análises, devido ao seu menor custo e possibilidade de cobrir área mais vasta durante as análises. O comportamento multifractal dos poros mudou de acordo com o desenvolvimento do selamento superficial e da camada avaliada, sendo sensitivo a mudanças no grau de fragmentação (número de poros) dentro de cada classe de tamanho de poros. As dimensões de Hausdorff a esquerda do espectro (Lf(α)min, LΔf(α) and D2) tiveram relação linear com o aumento de volume de chuva para ambas medições de rugosidade superficial do solo e de área de poros. Entretanto, D2 não foi significativo (p > 0.10) entre volumes de chuva para diferenciar a porosidade próxima a superfície, embora os parâmetros D0-D1, D0-D2 e D1-D2 pudessem ser utilizados para descrever mudanças nessa camada. Conclui-se que o espectro multifractal é sensível à mudanças estruturais no solo causadas pela chuva e que pode ser utilizado na parametrização da degradação da rugosidade superficial do solo e da porosidade.

The study of soil structure allows inferences on soil behavior. Quantitative parameters are oftentimes required to describe soil structure and the multifractal ones are still underused in soil science. Some studies have shown relations between the multifractal spectrum and both soil surface roughness decay by rainfall and porous system heterogeneity, however, a particular multifractal response to a specific soil behavior is not established yet. Therefore, the objectives of this research were: (i) to establish relations between multifractal parameters and soil structure changes by analyzing both soil surface roughness maps and 2D images from impregnated soil blocks; and (ii) to utilize these parameters to evaluate soil surface degradation by the processes of crusting and sealing. An experiment with simulated rainfall was assembled on a Fine Rhodic Kandiudalf with an intensity of 120 mm h-1 in quadruplicate plots at amounts of 40, 80, and 120 mm, plus a no-rainfall control. The evolution of the surface roughness was evaluated in three scales of measurement: a field microrelief meter (MRM) gathered readings on a fixed grid (10 x 10 mm, 640,000 mm²); a multistripe laser triangulation (MLT) scanner was used in the laboratory in soil blocks, creating a random mesh (0.5 mm of resolution, 5625 mm²); an X-ray tomography (XRT) scanner gathered readings of a soil block on a fixed grid (0.074 x 0.074 mm, 900 mm²). For micromorphometrical analysis, undisturbed soil samples (0.12 x 0.07 x 0.05 m) were impregnated, sliced in blocks and polished. Each block was divided into three layers (0 to 10 mm, 20 to 30 mm and 40 to 50 mm), parallel to surface, and five images (10X magnification, 156.25 μm2 pixel-1) were taken by layer. After segmentation, three representative images were chosen by layer and the pore system was evaluated. Roughness analyzes showed no differences (p > 0.10) between multifractal parameters across rainfall amounts for MRM measurements, while both MLT and XRT could be used to model roughness degradation by rainfall increase. Since the last two scales presented similar results, MLT could replace XRT in such analysis, due to its lower cost and possibility of a larger area coverage. The multifractal behavior of pores changed according to sealing development and depth of measurement, being sensitive to the changes on size distribution and fragmentation degree (number of pores) within each size class. The Hausdorff dimensions at the left side of the spectrum (Lf(α)min, LΔf(α) and D2) showed a linear behavior with increasing rainfall amount, considering both soil surface roughness and area of pores measurements. However, D2 was not different (p > 0.10) along rainfalls for the porosity closer to surface, although parameters D0-D1, D0-D2 and D1-D2 could be used to described the changes in this layer. Was concluded that the multifractal spectrum is sensitive to structure changes caused by rainfall and that it can be used to parameterize both soil surface and pores degradation. / O estudo da estrutura do solo permite inferências sobre seu comportamento. Parâmetros quantitativos são comumente utilizados na avaliação da estrutura e os multifractais ainda são subutilizados na ciência do solo. Alguns estudos mostraram relação entre parâmetros multifractais com a diminuição da rugosidade superficial do solo devido à chuva e a heterogeneidade do sistema poroso. No entanto, uma assinatura multifractal relacionada a um comportamento específico do solo ainda não está estabelecida. Portanto, os objetivos desta pesquisa foram: (i) relacionar parâmetros multifractais com mudanças na estrutura do solo por meio da análise de mapas de rugosidade superficial e de imagens 2D provenientes de blocos impregnados de solo; e (ii) utilizar estes parâmetros para identificar as etapas de degradação do solo devido ao selamento e encrostamento superficial. Um experimento com chuva simulada com intensidade de 120 mm h-1 foi montado em uma Nitossolo Vermelho eutroférrico argiloso em parcelas quadruplas onde aplicou-se volumes de 40, 80 e 120 mm, mais um controle sem-chuva. A evolução da rugosidade superficial foi avaliada em três escalas: um rugosímetro de campo (MRM) reuniu leituras numa grade fixa (10 x 10 mm, 640000 mm²); um escâner com triangulação de lasers em multilinhas (MLT) foi usado em laboratório, sobre blocos de solo, criando uma grade aleatório (0,5 mm de resolução, 5625 mm²); um tomógrafo de raios-X (XRT) reuniu leituras de um bloco de solo em uma grade fixa (0,074 x 0,074 mm, de 900 mm²). Para a análise micromorfométrica, amostras de solo indeformado (0,12 x 0,07 x 0,05 m) foram impregnadas, cortadas em blocos, polidas e subdivididas em três camadas (0 a 10 mm, 20 a 30 mm e de 40 a 50 mm), paralelas à superfície, tendo cinco imagens (ampliação de 10x, 156,25 μm2 pixel-1) geradas por camada. Após a segmentação, três imagens foram selecionadas por camada e o sistema poroso foi avaliado. Análises de rugosidade não mostraram diferenças (p > 0.10) entre parâmetros multifractais nas medições da escala MRM, enquanto MLT e XRT puderam ser utilizadas para modelar a degradação da rugosidade com o aumento do volume de chuva. Como essas duas ultimas escalas apresentaram resultados similares, MLT poderia substituir o uso de XRT em tais análises, devido ao seu menor custo e possibilidade de cobrir área mais vasta durante as análises. O comportamento multifractal dos poros mudou de acordo com o desenvolvimento do selamento superficial e da camada avaliada, sendo sensitivo a mudanças no grau de fragmentação (número de poros) dentro de cada classe de tamanho de poros. As dimensões de Hausdorff a esquerda do espectro (Lf(α)min, LΔf(α) and D2) tiveram relação linear com o aumento de volume de chuva para ambas medições de rugosidade superficial do solo e de área de poros. Entretanto, D2 não foi significativo (p > 0.10) entre volumes de chuva para diferenciar a porosidade próxima a superfície, embora os parâmetros D0-D1, D0-D2 e D1-D2 pudessem ser utilizados para descrever mudanças nessa camada. Conclui-se que o espectro multifractal é sensível à mudanças estruturais no solo causadas pela chuva e que pode ser utilizado na parametrização da degradação da rugosidade superficial do solo e da porosidade.

Los ambientes subterráneos, ampliamente distribuidos en los distintos ecosistemas terrestres, contienen un volumen significante de aire subterráneo con altas concentraciones de CO2 producido en el suelo. Concretamente, los sistemas kársticos constituyen emisores o almacenes temporales naturales de CO2 que, durante su estado de ventilación, emiten CO2 a la atmósfera. La caracterización de la dinámica gaseosa de estos ambientes subterráneos es, por tanto, fundamental para conocer y determinar el intercambio gaseoso que se produce entre los mismos y la atmósfera exterior. El estudio se centra, fundamentalmente, en la Cueva del Rull aunque, de forma paralela, también se han estudiado ciertos aspectos de la Cueva de Altamira para poder comparar los resultados de ambos espacios subterráneos y poder relacionarlos entre sí. Se ha desarrollado un estudio de los parámetros microclimáticos y gases traza (CO2 y 222Rn) con el objetivo de estudiar la evolución natural de su dinámica gaseosa y la influencia que las visitas ejercen en ella, puesto que se trata de una cueva visitable. El análisis de los datos registrados se realiza implementando el análisis de wavelets. Otro punto de la investigación se aborda mediante el estudio del suelo que existe sobre una cueva. El suelo forma parte de la membrana que separa la atmósfera subterránea de la exterior, y es responsable de regular la conexión existente entre ambas. Por esta razón, dos suelos diferentes, ubicados sobre dos cuevas distintas (Cueva del Rull y Cueva de Altamira) han sido estudiados, tanto en campo como mediante ensayos de laboratorio. El estudio de la dinámica gaseosa de la Cueva del Rull (CO2 y 222Rn) ha demostrado su dependencia de los parámetros climáticos, fundamentalmente de la diferencia de temperaturas entre el interior y el exterior. La conexión entre la atmósfera subterránea y la exterior queda controlada por el estado del suelo ubicado sobre las cuevas. La temperatura y humedad del suelo son responsables de la variabilidad en la producción de CO2 en el suelo. Las proyecciones futuras sobre el clima confirman que, para el área de estudio, las temperaturas aumentarán y el clima se volverá más seco. Esto repercutirá, directamente, en la producción de CO2 del suelo, y consecuentemente, variará la cantidad de gas almacenado en la cueva y la cantidad que, posteriormente, será emitida a la atmósfera exterior.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2018-05-16T17:53:35Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Aline Mari Huf dos Reis.pdf: 1459689 bytes, checksum: 15ab2a456dc1f7dd0fdb899ef82f4d56 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-16T17:53:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Aline Mari Huf dos Reis.pdf: 1459689 bytes, checksum: 15ab2a456dc1f7dd0fdb899ef82f4d56 (MD5) Previous issue date: 2017-07-14 / A utilização de técnicas alternativas para a análise de parâmetros que constituem a estrutura do solo tem sido cada vez mais utilizada. A análise de imagens 2D e 3D apresenta-se como uma alternativa nesse processo qualitativo, podendo ser associado às técnicas tradicionais como a micromorfologia e índices de qualidade física do solo (QFS). O objetivo deste trabalho foi avaliar o sistema poroso de um Latossolo Bruno argiloso distrófico sob sistema integrado de produção agropecuária (SIPA). O experimento foi instalado em blocos com arranjo de tratamentos em parcelas subdivididas. Os blocos apresentavam uma área de 1200 m² (120 × 10 m) e as subparcelas 100 m² (10 × 10 m). As parcelas constituíam-se dos sistemas de cultivo: convencional (SC), mínimo ou reduzido (SCM), plantio direto (SPD) e plantio direto escarificado (SPDS), e nas subparcelas distribuiu-se a cultura do azevém (Lollium multiflorum Lam.) sob diferentes usos: planta de cobertura (C), pastejo (P) e silagem (S) durante o inverno. Coletaram-se amostras em forma de blocos para ser realizada a impregnação com resina e pigmento fluorescente, a fim de realizar imagens do sistema poroso do solo. Amostras em anéis volumétricos também foram coletadas para elaboração parcial da curva de retenção de água (CRA) e análise de outros parâmetros físicos estruturais do solo. O trabalho uniu a técnica da análise micromorfológica por imagens 2D, com a aplicação de índices de QFS e funções hidráulico-energéticas para obter resultados mais precisos quanto as possíveis modificações ocorridas nas propriedades constituintes da estrutura do solo devido aos sistemas de manejo. Observou-se que ambos os resultados obtidos se relacionaram de forma satisfatória. / The application of the alternative techniques for the soil structure parameters analysis has been used more increasingly. The analysis of the 2D and 3D images is an alternative in this qualitative process, can be associated with the traditional techniques as the micromorphology and the soil physical quality (SPQ) indices. The aim of this work was evaluating the porous system of a Haplohumox under integrate crop-livestok system (ICLS). This experiment was carried out in bands with treatment of subdivided plots. These bands presented an area of 1200 m² (120 × 10 m) and the sub-plots 100 m² (10 × 10 m). The bands were under different management systems: conventional tillage (CT), minimum tillage (MT), no-tillage (NT) and chiseled no-tillage (CNT), taking into consideration the annual ryegrass (Lollium multiforum Lam) use was cropped as follows: cover crop (C), grazing (G) and silage (S) during the winter. It has been collected blocks samples to realize resin impregnation with fluorescent pigment, for micromorphological observations. Undisturbed soil samples were collected in stainless steel volumetric rings to assess the partial water retention curve (SWRC) and analysis of others physical and soil structure parameters. This work joined the micromorphology analysis technique by 2D images, with the application of SPQ indices and hydraulic-energetics functions to obtain results more accurate in terms of possible modifications occurred in the soil structure. It was observed that both obtained related results in a satisfactory way.