Climatic change is associated with the increase of greenhouse gases (GHG) concentration, including carbon dioxide (CO2). Among the most important strategies to decrease global warming are decrease emissions and increase biological capture of CO2 through carbon sequestration in the ecosystems. Therefore, soils are fundamental to this strategy because depending in its use and management, they could act as a carbon source or sink. A study was conducted in a Rhodic Hapludox, in a long-term (22 years) experiment, to evaluate CO2-C emissions from soil produced by management practices and its dependence on soil temperature and moisture. CO2-C emissions were intensively analysed with two soil cameras, a dynamic camera (Licor-6400-09) fabricated by LI-COR Company and a static camera (PVC camera) during an evaluation period of 30 days. A intensive cropping system were used in both tillage systems. Results suggest that tillage systems produced differences in the CO2-C emission. No-till system had the highest CO2-C efflux from soil, being 22% higher than the conventional tillage. In conventional tillage highest peaks of CO2-C emissions were verified after soil tillage with disk harrow and chisel plow, nevertheless they were of short duration. CO2-C emissions were influenced by variations in soil temperature and moisture. Higher CO2-C emissions from soil in the no-till system were related to higher soil carbon stocks, presence of soybean residues in the surface, higher contents of particulate organic carbon and higher microbial biomass that together with the higher soil moisture compared to conventional tillage explained the higher efflux. The CO2-C efflux in the long-term no-till reflected the higher soil quality in this system. These results suggest that in the long-term no-till system due to high biologic activity and high soil moisture, soybean residues won t increase soil organic matter content. / As mudanças climáticas contemporâneas estão sendo associadas ao aumento da concentração de gases de efeito estufa (GEE), entre eles o dióxido de carbono (CO2). Entre as estratégias para diminuir o aquecimento global destaca-se a diminuição das emissões e o incremento da absorção biológica de CO2 através do seqüestro de carbono em ecossistemas. Assim, os solos são fundamentais nessa estratégia uma vez que, dependendo do seu uso e manejo, podem ser um importante fonte ou sumidouro de carbono. Com o objetivo de avaliar as emissões de C-CO2 do solo causadas pelas práticas de manejo e sua dependência na temperatura e umidade do solo, desenvolveu-se um estudo em solo classificado como Latossolo Vermelho distrófico típico em experimento de longa duração (22 anos). As emissões de C-CO2 foram registradas e captadas com duas câmaras; uma dinâmica (Licor-6400-09) fabricada pela companhia LI-COR e outra estática (câmara de PVC) durante um período de avaliação de 30 dias. Os resultados demonstraram que os sistemas de preparo causaram diferenças na emissão de C-CO2 do solo e o plantio direto (PD) foi o que ocasionou o maior efluxo de CO2 do solo, sendo 22% superior ao preparo convencional (PC). Os maiores picos de emissões de C-CO2 foram verificados logo após o preparo do solo com arado e gradagem na parcela sob PC, porém tiveram curta duração. As emissões de C-CO2 foram influenciadas pelas variações da temperatura e umidade do solo, foi verificada correlação significativa (r=0,89) entre o fluxo de C-CO2 do solo e a temperatura do solo em PD, contrastando com o PC onde não houve correlação entre estas variáveis. As maiores emissões de C-CO2 do solo no PD foram relacionadas ao maior estoque de carbono, a presença de resíduos na superfície, a maior quantidade de carbono lábil e a maior biomassa microbiana que associados com maior umidade do solo explicam o efluxo, refletindo assim a maior qualidade do solo neste sistema. Os resultados sugerem que no PD de longa duração, devido à alta atividade biológica e altos conteúdos de umidade, os resíduos de soja não promoverão aumento de matéria orgânica do solo. As emissões de C-CO2 captadas com a câmara dinâmica foram correlacionadas significativamente com as emissões da câmara estática no PD. No entanto, não apresentaram relação no PC. Este projeto de pesquisa é o resultado de uma cooperação científica entre o grupo de pesquisa em Manejo do Solo da UFRGS, Departamento de Solos da UFSM e FUNDACEP.

Resumo: A caracterizacao da variabilidade espacial de atributos do solo de areas agricolas e uma tarefa importante, pois somada a influencia dos aspectos pedologicos temos uma grande contribuicao do manejo. Neste trabalho foi determinada a estrutura da variabilidade espacial da emissao de CO2, temperatura e umidade em Latossolo Vermelho eutroferrico em tres localidades sob cultivo da cana-de-acucar em sistemas de manejos de cana crua e de cana queimada, no nordeste do Estado de Sao Paulo. As maiores emissoes foram observadas no local sob manejo de cana queimada, num valor medio de 2,05 Êmol m-2 s-1, porem dependencia espacial na emissao de CO2 foi encontrada somente nas areas sob manejo de cana crua. Os modelos de semivariancia foram exponenciais, esfericos e gaussianos sendo a dependencia espacial classificada como forte ou moderada em todos os casos. Os mapas de krigagem da emissao de CO2, temperatura e umidade do solo sob manejo de cana queimada mostraram correspondencia a declividade do terreno, com as maiores emissoes e temperaturas e menores umidades localizadas na parte mais alta do local estudado. Os resultados indicaram correlacao linear entre a emissao de CO2 com a temperatura e com a umidade do solo somente no local com manejo de cana queimada, e nao no sistema de cana crua, onde a presenca de palhada na superficie certamente impede a acao direta da radiacao solar e o escoamento de chuvas. / Abstract: The characterization of spatial variability in agricultural soils is an important task, because added to the pedological aspects the soil management also influences such variability. In this work the spatial variability structure of a bare Dark Red Latosol CO2 emission, temperature and moisture were determined in three locations used with sugar cane crop culture, submitted to slash and burn or no till management systems in northeastern of Sao Paulo State. The highest emissions were observed in the slash and burn plot, with mean value of 2,05 Êmol m-2 s-1, but no spatial variability structure was seen for the CO2 emission in this plot. The variability models were exponential, spherical and gaussian, being the spatial dependence classified as strong and moderate in all the cases. In the slash and burn system, the kriging maps of soil CO2 emission, temperature and moisture had shown similarities to the land declivity, with the higher emissions and temperatures and the lower moisture values located in the highest parts of the studied place. The results indicated linear correlation between soil emission with temperature and moisture only in the slash and burn plot, and not in the no-till plots where crop residues were left in soil surface and certainly modified the direct action of the solar radiation and the rain draining. / Orientador: Newton La Scala Júnior / Coorientador: Gener Tadeu Pereira / Banca: José Marques Júnior / Banca: Marisa de Cássia Piccolo / Mestre

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Conservation tillage is based on minimum tillage and on the maintenance of crop residues on the soil surface throughout the year, thus protecting the soil from rainfall damage and increasing water infiltration in the soil. The relationships between crop residue maintenance and its effects on water loss by evaporation are particularly important during crop initial phases, when the soil coverage by the crop is not effective. However, especially regarding such phase, information on water loss by evaporation is scarce. The objective of this study was to evaluate water loss by evaporation in three distinct soil classes as well as to evaluate the effect of crop residue on soil evaporation and soil temperature. For that purpose, experiments were conducted in a set of 12 drainage lysimeters located in an area belonging to the Department of Rural Engineering of the Federal University of Santa Maria, RS, in 2007 and 2008. Experimental delineation was entirely random, bifactorial, with two replications. Factor soil consisted of three soils: (i) typical dystrophic red latosol (Rhodic Hapludox), of a very clayish texture; (ii) umbric aluminum yellowred argisol (Haplohumult), of frank clay-lime texture and; (iii) sandy distrophic red argisol (Rhodic Paleudalf). Fator residue comprised two levels of crop residue coverage: 0 and 4 Mg ha-1 of oat with two replications, comprising a total of 12 experimental plots. The volumetric content of water in the soil (cm3 water / cm-3 soil) was determined at the layer comprising 0 to 10 cm by using FDR (Frequency Domain Reflectometry) and daily evaporation was assumed as the variation in the volumetric content of water in the soil between two consecutive days. To estimate soil temperature, temperature sensors were installed at 2.5 cm depth. Regarding the evaluation of soil temperature, no significant differences were observed between classes of soil texture for maximum, minimum and mean temperatures, as well as for thermic amplitude on the first and third drying cycles, both carried out periods of increased reference evapotranspiration. The presence of 4 Mg ha-1 of crop residue over the soil surface reduced minimum and maximum temperatures, which resulted decreased daily thermic amplitude in the soils. Greater effect of crop residue coverage on the temperature of the soils was observed as the drying cycle progressed. During the third drying cycle, crop residues coverage rendered a reduction of 1,8oC in the soil maximum temperature on the first day of the cycle (soils at field capacity) and 12,2oC on the eighth day, when cumulative reference evapotranspiration reached 50 mm. The effect of crop residues in reducing water loss by evaporation was observed for the three drying cycles. Crop residue resulted in lower water loss especially on the initial days of the drying cycles. In cycles 1 and 3, such effect was observed until the third day, while in experiment 2, it was extended to the sixth day. However, when the time scale was altered into reference evapotranspiration, the presence of crop residue on soil surface affected water losses by evaporation for a period of approximately 10 mm of cumulative reference evapotranspiration. / Os sistemas conservacionistas se baseiam no mínimo revolvimento e na manutenção de resíduos sobre o solo o ano todo, protegendo-o da erosão e aumentando a infiltração de água no solo. As relações entre a manutenção de resíduos em superfície e o seu efeito sobre as perdas de água por evaporação são especialmente importantes nas fases iniciais dos cultivos, enquanto a cobertura do solo pela cultura ainda não é efetiva. Ainda há carência de informação sobre as perdas de água por evaporação. A finalidade deste trabalho foi avaliar as perdas de água por evaporação em três classes de solos distintas, bem como avaliar efeito que os resíduos em superfície exercem sobre a evaporação e sobre a temperatura dos solos. Para tanto, experimentos foram realizados em um conjunto de 12 lisímetros de drenagem, em área pertencente ao Departamento de Engenharia Rural da Universidade Federal de Santa Maria, RS, nos anos de 2007 e 2008. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado, bifatorial, com duas repetições. O fator solos foi constituído de três solos: (i) Latossolo vermelho distroférrico típico, de textura muito argilosa; (ii) Argissolo vermelho-amarelo alumínico úmbrico, de textura franco-argilo-siltosa e; (iii) Argissolo vermelho distroférrico arênico. O fator resíduo correspondeu a dois níveis de cobertura do solo: 0 e 4 Mg ha-1 de resíduos de aveia, em duas repetições, perfazendo um total de 12 parcelas experimentais. O conteúdo volumétrico de água do solo (cm3 água cm-3 solo) foi determinado na camada que compreende de 0 a 10 cm por um conjunto TDR (Reflectometria no Domínio de Tempo) e a evaporação diária foi considerada como sendo a variação no conteúdo volumétrico de água no solo entre dois dias consecutivos. Para avaliação da temperatura do solo, foram utilizados sensores de temperatura instalados a 2,5 cm de profundidade. Na avaliação da temperatura da superfície do solo, não foram observadas diferenças significativas entre as classes de texturas dos solos para as temperaturas máxima, mínima, média e amplitude térmica no primeiro e terceiro ciclos de secagem, ambos realizados em épocas de elevada evapotranspiração de referência. A presença de 4 Mg ha-1 de resíduos de aveia em superfície atenuou as temperaturas mínimas e máximas e, por conseqüência, a amplitude térmica diária dos solos. Maior efeito dos resíduos sobre a temperatura dos solos foi observado à medida que o ciclo de secagem se desenvolvia. Durante o terceiro ciclo de secagem, os resíduos em superfície proporcionaram uma redução na temperatura máxima do solo de 1,8oC no primeiro dia do ciclo (solos na capacidade de campo) e 12,2oC no oitavo dia, quando a evapotranspiração de referência acumulada era de 50 mm. O efeito dos resíduos na redução das perdas de água por evaporação foi observado nos três ciclos de secagem do solo. Os resíduos em superfície proporcionaram menor evaporação especialmente nos primeiros dias dos ciclos de secagem. Nos ciclos 1 e 3, esse efeito pode ser verificado até o terceiro dia, enquanto que, no ciclo 2, o efeito se estendeu até o sexto dia. Porém, quando a escala de tempo foi alterada para evapotranspiração de referência, a presença de resíduos em superfície afetou as perdas de água por evaporação por um período de aproximadamente 10 mm de evapotranspiração de referência acumulada.

Nowadays, the rational energy consumption is one of the main concerns of the whole modern society. Thus, this dissertation contributes to improve energy efficiency, increase the renewable energy sources and to develop cleaner and more efficient technologies as the greatest challenges of science and technology. This is reflected in today s residential energy consumption in Brazil which is about 26%, mostly produced by equipment of high energy consumption as is the case of showers and air-conditioning, according to the Energy Research Company - EPE. The main goal of this research was to develop a dedicated electronic instrumentation to determine the superficial geothermal profile, focusing at cost reduction and short installation times. With many experimental data was possible to establish the heat exchange capacity of heat exchangers buried underground. The experimental data was obtained in the Center of Studies in Energy and Power Systems Center (CEESP) at Federal University of Santa Maria (UFSM). It was developed a dedicated acquisition board based on a microprocessor (PIC18f5420) and a tubular PVC probe setup with 11 digital temperature sensors model DS18B20 with 5 m long rod and half inch diameter. The temperature data were collected during 12 months recorded every 2 minutes This dissertation is mostly focused on the establishment of basic electronic instrumentation for conducting summary surveys of temperature data in shallow subsurface geothermal profile in any area, thereby reducing costs and installation times. These geothermal profile data are important for various areas in establishing the ability to exchange heat between buried materials and the homely ambient, such as construction, underground power cabling and architecture. The experimental area was the Center of Studies in Energy and Power Systems (CEESP), in the campus of UFSM in Santa Maria - RS. The data collection will serve as input for the rapid establishment of underground temperature distribution curves where is intended to utilize geothermal energy. The data collection was realized by a dedicated data logger based on the PIC18f5420 microprocessor. The entire plate is sized, constructed and programmed in CEESP along with a standard PVC tubular probe five meters long and half inch diameter fitted with 11 digital temperature sensors type DS18B20, to enable monitoring the underground temperature change from surface up to a desired depth. Collection of temperature data was made in the course of 12 months, with measurements recorded at every 2 minutes. Some interruptions occurred during the measurement period, but it did not interfere with the final outcome results. It was then possible to establish the mean thermal profile parameters during daily periods and the maximum and minimum temperatures throughout the year. With the results obtained in this research is possible to prove that the thermal variation (temperature) of the soil profile decreases gradually with depth until it stabilizes at a value which is approximately the average annual temperature of that local area. During these tests, it was observed that the temperature measurements in the experimental campus CEESP for a maximum depth of five meters ranged between 18 and 22 °C. The data reduction method called Least Squares Method was used to make projections of temperatures for deeper depths. Thus it was possible to confirm the theoretical information that the soil temperature at any location a few meters deep tends to stabilize at the annual average surface temperature in that place. In Santa Maria-RS, according to the National Institute of Meteorology (INMET), the annual average temperature is 19.5 °C. / Atualmente existe uma preocupação de toda a sociedade com relação ao consumo racional de energia. Desta forma busca-se melhorar a eficiência energética, aumentar a proporção de fontes renováveis de energia elétrica e desenvolver tecnologias mais eficientes e limpas. O consumo residencial hoje é 26% do consumo nacional, segundo a Empresa de Pesquisa Energética EPE, sendo que os maiores consumidores de energia nos lares são os chuveiros e os condicionadores térmicos de ambientes. Essa dissertação tem por objetivo o estabelecimento de uma instrumentação eletrônica dedicada à realização de levantamentos sumários de dados do perfil geotérmico superficial do subsolo numa área qualquer, reduzindo assim custos e tempo de instalação de projetos geotérmicos para condicionamento de ambientes. Esses dados do perfil geotérmico são importantes para várias áreas no estabelecimento da capacidade de troca do calor entre materiais enterrados e o ambiente. Este conhecimento pode ser utilizado também na construção civil, arquitetura e dimensionamento de cabos de energia subterrâneos, entre outros. A área experimental utilizada foi a do Centro de Estudos em Energia e Sistemas de Potência (CEESP), no Campus da UFSM em Santa Maria - RS. As coletas de dados vão servir de subsídios para o estabelecimento rápido das curvas de distribuição da temperatura do solo no local onde se pretenda estabelecer o aproveitamento da energia geotérmica. Para a coleta de dados foi desenvolvido uma placa dedicada de aquisição baseada num microprocessador PIC18f5420. A placa foi toda dimensionada, construída e programada no CEESP juntamente com um padrão de sonda tubular de PVC de cinco metros de comprimento e meia polegada de diâmetro, onde foram instalados 11 sensores digitais de temperaturas modelo DS18b20. Com esta sonda multissensora fez-se a monitoração automática da variação de temperatura subterrânea desde a superfície até a profundidade desejada. Para comprovar a efetividade da proposta da instrumentação geotérmica com a sonda sensora, fez-se uma coleta de dados de temperatura no decorrer de 12 meses, com medições registradas a cada 2 minutos. Durante o período de medição, ocorreram algumas interrupções nas medidas, mas que não interferiram no resultado final dos experimentos e serviram para demonstrar como se pode facilmente interpolar os valores da variável medida. Estabeleceram-se então parâmetros térmicos do perfil durante períodos diários, de máximas e mínimas temperaturas no decorrer de um ano. Com os resultados obtidos nesta pesquisa foi possível comprovar que a variação térmica (temperatura) do perfil do solo diminui gradativamente de acordo com a profundidade até estabilizar num valor que corresponde aproximadamente à temperatura média anual do sítio de estudo. Durante estes testes, observou-se que as medições de temperatura do solo no campus experimental do CEESP na profundidade máxima medida de cinco metros variaram entre 18 e 22 °C. Foi aplicada uma redução de dados através do Método dos Mínimos Quadrados para obter medidas que permitem projeções de temperaturas para profundidades maiores e assim recomendar as profundidades necessárias para a instalação de trocadores de calor. Os dados confirmaram as informações teóricas de que a temperatura do solo em qualquer local após alguns metros de profundidade tende a se estabilizar em um valor que corresponde à temperatura média anual da superfície do ambiente daquela área. Em Santa Maria-RS, segundo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) a temperatura média anual é de 19.5 °C.

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Annotation: Soil respiration represents an important flow of CO2 between atmosphere and soil. Carbon bounded in the process of photosynthesis may be fixed in soil, but also may be released back to atmosphere in the form of CO2. An accurate evaluation of global carbon balance is a key for the estimation of future development of atmospheric concentration of CO2 and prediction of climate changes. The soil respiration of selected wetland biotopes with graminoid vegetation was studied in relation to concentration of soil carbon, nutrient availability, soil moisture and soil temperature during the vegetation season 2008. The observed wetlands included a locality located near the village of Hamr with mineral soil and the nature reserve Záblatské meadows with organic soil. Soil respiration was measured as CO2 release from soil with the use of the equipment LiCor 6400 with soil chamber. The influence of fertilizer application on CO2 release was not proved for either locality. A relationship between soil respiration and soil moisture was found on Záblatské meadows, where the CO2 release declined with increasing soil moisture.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Irrigation is an alternative to minimize fluctuations in grain production and yield due to water deficiency. However, to prevent water losses and to improve the efficiency of this use, the irrigation management has to be sustainable. Therefore, the knowledge of the number of variables related with soil and crops, in response to different growing conditions is fundamental to have an adequate irrigation management. Thus, tere objective of tail study was made to evaluate water losses, variations in the soil temperature with different spacing between rows and the amount of plant residues on the surface of the soil during the cultivation of beans. This experiment was conducted in the experimental area of the Agricultural Engineering Department at the Federal University of Santa Maria, in 2010, under a rainout shelter. The experimental design was completely randomized bi-factorial with three replications. Factor A was consisted of three spacing rows between crops: 30, 50 and 70 cm. Factor B was consisted of two quantities of crop residues on soil surface: 1 Mg ha-1 of corn residues and 5 Mg ha-1 of corn + oat residues. The water content in the soil was determined by a FDR set (Frequency domain reflectometry, Campbell Scientific), in layers of the soil profile: 0-10, 10-25, 25-55 and 55-85 cm deep. Daily water storage in the soil (mm), daily and accumulated water losses in soil (mm) were evaluated. Soil temperature was mensured ussing thermocouples made of copper and constantan were installed at the depths of 3, 8, 15 and 35 cm. Morphological determination were conducted of the dry beans plants (leaf area and plant height) and the determination of the coverage fraction of the plants between the rows. The dry beans plants were 7cm higher in the plot with 5 Mg ha-1 of corn + oat residues on the surface. The full coverage of the dry beans plants between rows occurred primarily in the spacing of 30 cm at 47 days after sowing, and the spacing of 50 and 70 cm occurred at 61 days after sowing with a maximum leaf area index 6,8. Accumulated soil water losses during the development cycle of the dry beans, in the different layers of the soil profile down to 85 cm deep, were not affected by row spacing of cultivation from 30 to 70 cm. In the early stage of development of the dry beans plants, considering the period of 30 days after sowing, (104 mm of reference evapotranspiration accumulated) in the layer of the soil profile from 0-10 cm deep, using 5 Mg ha-1 of corn + oat residues on the soil surface reduced 26% of water losses in the soil, resulting in a better water storage and availability to plants. Using 5 Mg ha-1 of corn + oats residues on the soil surface caused reductions in soil temperature (minimum and maximum) up to 3oC. The soil temperature (minimum and maximum) increased linearly with the spacing between rows from 30 to 70 cm. The average values of yield components and yield of the beans of the treatments were 18 pods plant-1, 6 grains pod-1 and 3, 45 Mg ha-1. / A irrigação é uma alternativa para minimizar as oscilações na produção e produtividade de grãos devido à deficiência hídrica. Entretanto, para uma produção sustentável, a irrigação deve ser manejada de forma a evitar desperdícios de água e aumentar a eficiência deste recurso hídrico. Para isso, no manejo de irrigação tornase fundamental o conhecimento de uma série de variáveis, relacionadas ao solo e às culturas, em resposta a diferentes condições de cultivo. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo avaliar as perdas de água e as variações na temperatura de um solo cultivado com feijão com diferentes espaçamentos entre linhas e quantidades de resíduos vegetais depositados na superfície do solo. O experimento foi realizado em área experimental do Departamento de Engenharia Rural da Universidade Federal de Santa Maria, RS, no ano agrícola de 2010/11, no interior de uma cobertura móvel. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado, bifatorial, com três repetições. O fator A foi constituído de três espaçamentos entre linhas de cultivo 30, 50 e 70 cm. O fator B constituiu-se de duas quantidades de resíduos vegetais na superfície do solo: 1 Mg ha-1 de resíduos de milho e 5 Mg ha-1 de resíduos de milho+aveia preta. O conteúdo de água do solo foi determinado por um conjunto FDR (Reflectometria no domínio de freqüência, Campbell Scientific), nas camadas do perfil do solo de: 0 a 10, 10 a 25, 25 a 55 e 55 a 85 cm de profundidade. Avaliou-se diariamente o armazenamento de água no solo, perdas diárias e perdas acumuladas de água do solo. Para avaliação da temperatura do solo foram utilizados termopares, constituídos de cobre e constantan, instalados nas profundidades de 3, 8, 15 e 35 cm do perfil do solo. Foram realizadas avaliações morfológicas das plantas de feijão (área foliar e altura de plantas) e determinado a fração de cobertura da entre linha pelo dossel vegetativo da cultura. As plantas de feijão foram, em média, 7 cm mais altas no solo mantido com 5 Mg ha-1 de resíduos de milho+aveia preta na superfície. A cobertura da entre linha pelo dossel vegetativo do feijoeiro ocorreu primeiramente no espaçamento entre linhas de 30 cm, aos 47 dias após a semeadura, e, nos espaçamentos entre linhas de 50 e 70 cm ocorreu aos 61 dias após a semeadura, com o máximo índice de área foliar das plantas de 6,8. As perdas de água do solo acumuladas durante o ciclo de desenvolvimento da cultura do feijão, nas diferentes camadas do perfil do solo, até 85 cm de profundidade, não foram afetadas pelos espaçamentos entre linhas de cultivo de 30 a 70 cm. Na fase inicial de desenvolvimento da cultura do feijão, período compreendido da semeadura até 30 dias após a semeadura (104 mm de evapotranspiração de referência acumulada), na camada do perfil do solo de 0-10 cm de profundidade, as perdas de água do solo acumuladas foram reduzidas em 26% com a utilização de 5 Mg ha-1 de resíduos de milho+aveia preta na superfície do solo, resultando em maior armazenamento de água no solo e disponibilidade de água às plantas. A utilização de 5 Mg ha-1 de resíduos de milho+aveia preta na superfície do solo causou reduções na temperatura do solo (média e máxima) de até 3oC. A temperatura do solo (média e máxima), dos 32 a 56 dias após a semeadura, aumentou linearmente com o incremento do espaçamento entre linhas de 30 para 70 cm. Os valores médios dos componentes do rendimento e rendimento de grãos da cultura do feijão para os tratamentos foram de 18 vagens planta-1, 6 grãos vagem-1 e 3,45 Mg ha-1.

Long-term use of management systems result in alteration in physical and chemical soil properties and its intensity is related to time, soil and climate conditions. Physical properties are more susceptible to changes by the tillage system, while chemical properties by the residue management and nutrient application, resulting in different responses of crops growth and yield. This study was performed in order to evaluate long-term effect of applying soil tillage systems (NT = no-till; CP = chisel plow + 1 secondary disking; CT = primary + 2 secondary disking; CTb = CT with crop residues burned; and CTr = CT with crop residues removed from the field) and nutrient sources (C = control, without nutrient application; MF = mineral fertilizers according official recommendation for each crop; PL = 5 Mg ha-1 of wet matter of poultry litter; CM = 60 m3 ha-1 of liquid cattle manure; and SM = 40 m3 ha-1 of liquid swine manure) on soil properties and crop production. Soil physical and hydraulic properties and aggregate stability were evaluated at the end of ninth year of the experiment and in five sampling times throughout the tenth year; soil mechanical properties related to soil strength and penetration resistance were determined for some treatments combinations in the tenth year; soil cover, temperature and moisture were determined throughout corn cycle in 2003/2004 crop season, when corn growth and yield were also measured. No-till showed greater bulk density and lower macroporosity and total porosity after tillage and seeding operations, but the differences reduced over time. All tillage systems showed higher compaction degree at depth around 15 cm. Greater mean diameter of air-dry aggregates were found in tillage treatments and layers with higher bulk density, showing close relation between these two parameters. Wet-aggregate stability, on the other hand, was affected by aggregate moisture previous to wet-sieving determination, and greater values were found in tillage treatments where residues were kept in the field. At superficial layer of no-till was observed higher soil strength, as determined by the precompression stress, and to penetration resistance in untrafficked interrow. In seeding row and recent trafficked interrow the differences in penetration resistance among tillage systems were smaller. Higher soil temperature and daily amplitude were found in tilled treatments, mainly at the beginning of corn cycle. After rainfall events, soil moisture reduced faster in chisel plow system, followed by conventional tillage. Higher moisture content and lower water tension was found in no-till system even in long period with hydric deficits, resulting in higher water storage and availability to crops. Higher water availability seems to be the main factor in determining higher crop growth and yield in no-till treatment. Nutrient sources treatments had small effect on physical soil properties, but high effect on chemical properties and crop growth and yield. Greater growth and yield were observed with poultry litter and swine manure application, because of residual and immediate effect of nutrient application through these materials. / A utilização continuada de diferentes sistemas de manejo determina alterações nas propriedades físicas e químicas do solo, cuja intensidade depende do tempo de uso e das condições edafoclimáticas. As propriedades físicas são mais afetadas pelos sistemas de preparo enquanto que as propriedades químicas pelo manejo dos resíduos das culturas e pela aplicação de nutrientes, resultando em respostas diferenciadas em termos de crescimento e produção das culturas. O efeito de sistemas de manejo sobre as propriedades do solo e produção de culturas foi estudado em um experimento conduzido desde 1994 na Estação Experimental da Epagri de Campos Novos, em um Nitossolo Vermelho. Os tratamentos de manejo do solo foram constituídos de uma combinação de cinco sistemas de preparo (PD = plantio direto; PE = preparo com escarificador + 1 gradagem; PC = lavração + 2 gradagens; PCq = PC com resíduos queimados e; PCr = PC com resíduos retirados) e cinco fontes de nutrientes (TT = testemunha, sem aplicação de nutrientes; AM = adubação mineral de acordo com a recomendação para cada cultura de verão; EA = 5 Mg ha-1 ano-1 de matéria úmida de cama de aviário; EB = 60 m3 ha-1 ano-1 de esterco líquido de bovinos e; ES = 40 m3 ha-1 ano-1 de esterco líquido de suínos). Foram avaliadas algumas propriedades físicas do solo associadas à forma da estrutura e a estabilidade de agregados após nove anos de condução do experimento e em cinco épocas durante o décimo ano; propriedades mecânicas e resistência à penetração foram determinadas em algumas combinações de tratamentos no décimo ano; temperatura e umidade do solo foram determinadas durante o ciclo da cultura do milho na safra 2003/2004, quando também foram avaliados o crescimento da parte aérea e sistema radicular do milho, bem como a produção de massa seca das culturas de cobertura de inverno e de grãos de milho. O PD apresentou maior densidade e menor macroporosidade e porosidade total logo após as operações de preparo e semeadura, mas estas diferenças reduziram com o passar do tempo. Todos os sistemas de preparo apresentaram maior estado de compactação na camada de 5 a 20 cm de profundidade após seis meses da última operação de preparo. Maior diâmetro médio de agregados secos ar foram observados nos tratamentos e profundidades com maior densidade do solo, indicando estreita associação entre estas duas variáveis. A estabilidade dos agregados, por sua vez, foi afetada por pequenas variações na umidade das amostras por ocasião da análise e maiores valores de estabilidade foram encontrados nos tratamentos de preparo com manutenção da palha na lavoura. Nas camadas superficiais do PD foi observada maior resistência mecânica à deformação, estimada pela tensão de pré-consolidação, e à penetração de raízes nas entrelinhas de semeadura sem tráfego recente. Na linha de semeadura e na entrelinha com tráfego recente as diferenças da resistência à penetração entre os sistemas de preparo foram menores. Maior temperatura do solo e maior amplitude diária foram observadas nos sistemas com maior revolvimento do solo, principalmente no início do ciclo da cultura do milho. Na camada superficial, após a ocorrência de chuvas, a umidade do solo reduziu mais rapidamente no PE, seguido do PC. No PD foi observado maior teor de umidade nesta camada mesmo em período prolongado de déficit hídrico, indicando ma ior armazenamento e disponibilidade de água para as plantas. Os tratamentos de aplicação de fontes de nutrientes tiveram pouco efeito sobre as propriedades físicas, hídricas e mecânicas do solo e sobre a temperatura e armazenamento de água, mas foram determinantes para o crescimento vegetativo e produção das culturas. Maiores crescimento e produção foram observados nos tratamentos com aplicação de cama de aviário e de esterco de suínos, resultado do efeito residual e imediato da aplicação destes materiais ao longo de nove anos. Entre os sistemas de preparo, a produção foi maior no PD, provavelmente em função do maior armazenamento e disponibilidade de água, já que a fertilidade do solo neste tratamento era inferior ao PE e PC ao final do nono ano.

The energy exchange in the soil-snow-vegetation-atmospheresystem was studied to improve the quantitative knowledge of thegoverning processes. The lack of such knowledge contributes tothe uncertainty in the applicability of many existing modelsindependent of the temporal or spatial scale. The theoreticalbackground and available methods for measurements and numericalsimulations were reviewed. Numerical simulation models andavailable data sets representing open land and boreal forestwere evaluated in both diurnal and seasonal time-scales.Surface heat fluxes, snow depth, soil temperatures andmeteorological conditions were measured at an agriculturalfield in central Sweden over two winters, 1997-1999. Twoone-dimensional simulation models of different complexity wereused to simulate the heat and water transfer in thesoil-snow-atmosphere system and compared with the measurements.Comparison of simulated and observed heat fluxes showed thatparameter values governing the upper boundary condition weremore important than the formulation of the internal mass andheat balance of the snow cover. The models were useful toevaluate the lack of energy balance closure in the observedsurface heat fluxes, which underlined the importance ofimproved accuracy in eddy correlation measurements of latentflow during winter conditions. The representation of boreal forest in the land surfacescheme used within a weather forecast model was tested with athree-year data set from the NOPEX forest site in centralSweden. The formulation with separate energy balances forvegetation and the soil/snow beneath tree cover improvedsimulation of the seasonal and diurnal variations of latent andsensible heat flux compared with an older model version.Further improvements of simulated surface heat fluxes could beexpected if the variation of vegetation properties within andbetween years and a new formulation of the boundary conditionsfor heat flux into the soil is included. Keywords: Surface energy balance, Snow, Boreal forest,SVAT models, Eddy-correlation Measurements, Latent heat flux,Sensible heat flux, Net radiation, Soil temperature,Aerodynamic roughness, Surface resistance / QC 20100614

The main goal of this research is to quantitatively assess the resilience and vulnerability of geotechnical infrastructure to extreme events under a changing climate. In the first part, pertinent facts and statistics regarding California’s extreme drought and current status of its levees are presented. Weakening processes such as soil strength reduction, soil desiccation cracking, land subsidence and surface erosion, and oxidation of soil organic carbon are comprehensively evaluated to illustrate the devastating impacts that the California drought can have on earthen structures. In the second part, rainfall-triggered slope instabilities are analyzed using extreme precipitation estimates, derived using the historical stationary and a proposed future nonstationary approach. The extremes are integrated into a series of fully coupled 2D finite element simulations. The final part of this study investigates the impact of simultaneous variations in soil moisture and temperature changes in the California region on soil strength through a proposed thermo-hydro-mechanical framework.