The vegetation supported by the Witteberg and Dwyka Groups south of Worcester is a diverse mosaic of fynbos-, renosterveld- and succulent karoo vegetation units sustained by a winter-rainfall pattern. Elytropappus rhinocerotis (renosterbos) dominated plant communities are found on finer grained soils derived from the various mudrock-dominated formations of the Witteberg Group, a Passerina truncata (gonnabos) dominated shrubland with large Protea shrubs and / or small Protea trees where the substrate is largely influenced by the sandstone-dominated formations of the Witteberg Group, a grass dominated Capeochloa arundinacea (Olifantgras) shrubland where both mudrock-dominated and sandstone-dominated formations influence the substrate as a result of folding, a karoo Hirpicium integrifolium (Haarbossie) dominated shrubland where succulents are in abundance on the Dwyka tillite, and a distinct Thamnochortus bachmannii restio-dominated sandveld in areas where deep aeolian sand had accumulated. The differences in vegetation communities are mainly based on geology with consequent soil characters and degree of rockiness, as well as topography, moisture availability and the water holding capacity of the soil. Although slope, aspect and elevation can sometimes be associated with specific plant communities, geology, soil pH and rock cover are the principal elements responsible for shaping the vegetation mosaic. Rather than a broad ecotone, the vegetation of the study area is understood as a complex mosaic mountain vegetation entity. / Environmental Sciences / Ph. D. (Environmental Sciences)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The El Nino Southern Oscillation (ENSO) is a large-scale phenomenon that impacts weather and climate worldwide, including Southern and Northeast Brazil. Soil water is a major factor that affects interannual crop production in Rio Grande do Sul State. Other factor that may affect crop yield is the possible climate change. Human activities have been blamed to increase the CO2 concentration of the Earth s Atmosphere. Earth temperature may increase in response to increasing CO2 concentration. The Impact of the projected climate change on soil water and agroecossystems yield is an important and relevant issue both from a scientific and political viewpoint. The objective of this study was to simulate wheat, maize and soybean yields, and the fraction of transpirable soil water (FTSW) and link its interannual variability to ENSO and under climate change scenarios at Santa Maria, RS. Soil water and crop yield were simulated with models available in the literature. Air temperature and rainfall were modified to create climate change scenarios. The results showed that neutral years are the years of the largest risk to production of wheat, maize and soybean. During La Niña years the trend of water deficit is not clear and El Niño years are associated with years with greater FTSW. The increase in temperature, expected to decreases wheat and maize yields more than soybean yield. / O El Niño Oscilação Sul (ENOS) é um fenômeno de grande escala que afeta o tempo e o clima em diversos locais do Globo Terrestre, incluindo o Brasil, especialmente as regiões Sul e Nordeste brasileiro. A água disponível no solo para os cultivos é um importante fator de variabilidade interanual da produção agrícola no Estado do Rio Grande do Sul. Outro fator que poderá influenciar o rendimento das culturas é a possível mudança climática. A concentração de CO2 da atmosfera terrestre está aumentando devido às atividades humanas, assim, a temperatura média do ar do Planeta poderá aumentar nos próximos anos devido ao efeito estufa do CO2 atmosférico. O impacto de uma possível mudança climática sobre a água disponível e o rendimento em agroecossistemas é um assunto de interesse científico e político. O objetivo deste estudo foi simular a fração de água disponível no solo e sua conseqüência sobre o rendimento de trigo, milho e soja, associando sua variabilidade interanual com o fenômeno ENOS e, em diferentes cenários climáticos para Santa Maria, RS. Para a simulação foi utilizado o cenário meteorológico atual (1969-2003) e, criados cenários de mudança climática com diferentes aumentos de temperatura do ar com e sem aumento de precipitação pluviométrica para os próximos 100 anos. Os resultados mostraram que anos neutros constituem anos de maior risco para as culturas do trigo, milho e soja. Para anos de La Niña a tendência de défice hídrico não foi tão clara. Anos de El Niño, normalmente, estão associados a maior disponibilidade hídrica para as plantas. Se o aquecimento global se confirmar, espera-se que o rendimento de grãos de trigo e milho seja mais afetado do que a soja.

Esta tese apresenta um estudo sobre a resistência ao cisalhamento e a condutividade hidráulica de dois solos coluvionares não saturados situados na divisa dos estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina, em um dos trechos do Gasoduto Bolívia-Brasil. Esses solos são constituídos por sedimentos oriundos da Formação Serra Geral (basalto – Solo RO) e da Formação Botucatu (arenito – Solo AV). O trabalho de pesquisa realizado com esses solos tem seu enfoque dividido em duas partes principais: (1) obtenção direta da resistência ao cisalhamento e da função condutividade hidráulica em diferentes níveis de sucção, e (2) previsão indireta dessas propriedades a partir da determinação da curva característica do solo e de parâmetros geotécnicos saturados. As curvas características dos solos AV e RO, nas condições indeformada e remoldada (sem e com secagem prévia do solo), foram obtidas pelo uso combinado do método do papel filtro e da placa de sucção. Para as condições indeformada e remoldada sem secagem prévia, essas curvas exibiram um formato bimodal. A dessaturação é controlada pelos macroporos, para baixas sucções, e pelos microporos, para altas sucções. Para valores de sucção intermediários, praticamente não ocorre remoção de água do solo, devido, provavelmente, à ausência de poros com tamanho intermediário. Já as curvas características das amostras remoldadas com secagem prévia do solo tendem a apresentar um formato mais próximo do unimodal. A influência do índice de vazios inicial e da história de umedecimento e secagem no formato da curva é também discutida. A resistência ao cisalhamento dos solos estudados foi determinada em laboratório através de ensaios de cisalhamento direto convencionais e com sucção controlada. Os resultados, obtidos para amostras indeformadas e remoldadas sem secagem prévia, permitiram a determinação dos parâmetros de resistência ao cisalhamento c’, f’ e fb. Para determinação direta da função condutividade hidráulica do Solo AV foi construído um permeâmetro triaxial com controle de sucção, baseado no modelo apresentado por Huang et al. (1998). Esse equipamento foi utilizado para determinação da função condutividade hidráulica do Solo AV não saturado, em diferentes trajetórias de umedecimento e secagem. Os resultados evidenciaram que as amostras do Solo AV nas três condições de moldagem - indeformada, remoldada sem e com secagem - tendem a reproduzir o comportamento de dessaturação exibido nas curvas características. A função condutividade hidráulica apresenta inicialmente um decréscimo para sucções até 50 kPa, seguido por um valor praticamente constante, para sucções até 90 kPa. / This thesis presents a study about the shear strength and hydraulic conductivity of two unsaturated colluvium soils situated at the border between the states of Rio Grande do Sul and Santa Catarina, along one of the Bolivia-Brazil Gas Pipeline stretches. These soils are constituted by sediments originated from Serra Geral (basalt – sample RO) and Botucatu formations (sandstone - sample AV). The research performed with these soils had its focus divided in two main parts: (1) direct measurements of shear strength and hydraulic conductivity function at different suction levels and (2) indirect prediction of these properties from the soil-water characteristic curves and saturated geotechnical parameters. The soilwater characteristic curves of AV and RO Samples, in undisturbed and remolded conditions (without and with previous drying), were determined with both the filter-paper technique and the suction-plate technique. The undisturbed and remolded samples without previous drying showed a bimodal shape. The desaturation is controlled by the macropores for low suction values and by the micropores, for higher values. For intermediary suctions values, practically no removal of water from the sample occurs, possibly due to the lack of intermediate pore sizes. The remolded samples with previous drying tend to present a shape close to unimodal. The influences of void ratio and the drying and wetting history in the shape of the soil-water characteristic curve are also discussed. The shear strength of the studied soils was determined with conventional and suction-controlled direct shear tests. The results obtained for undisturbed and remolded samples without previous drying allowed the determination of shear strength parameters c’, f’ e fb. For the direct measurement of hydraulic conductivity function, a flexible-wall permeameter was built, based on the model presented by Huang et al. (1998). This equipment was used for determining the unsaturated hydraulic conductivity function of Sample AV in different drying and wetting paths. The results showed that Samples AV in the three molding conditions - undisturbed and remolded without and with previous drying – reproduced the desaturation behavior showed by the soil-water characteristic curves. The hydraulic conductivity function presents initially a decrease for suctions up to 50 kPa, followed by a practically constant value, for suctions up to 90 kPa.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The water evaporation (Es) is one of the main components of water balance and energy of ground surface. Precise measurements of the Es dynamics require the understanding of water and energy partition on the interface soil surface and atmosphere. The Es accumulated is a function of time, soil texture, and presence or absence of crop residues on soil surface, plants and its stage of development, rainfall and irrigation distribution, with strong influence of the atmosphere evaporative demand. This paper aims to quantify the effect of crop residues in no-tillage system on the components of soil water balance on irrigated and non-irrigated areas and evaluate the dynamic of retained water by the straw after the wetting cycles duet to raindall or irrigation events. Two experiments were carried out, on the experimental area of Department of Rural Engineering of Federal University of Santa Maria. The experiment I was carried out from 2013 to 2014, under a mobile reinaout shelter, in 9 m² plots. A bi-factorial experimental design was used, with three replications, where the factor A was the three soil covering levels: 0, 2 e 4 t ha-1 of black oat residues. The factor B was the three irrigation levels. It was used a micro sprinkling system with an application rate of 8 mm h-1 and a service pressure of 100 kPa. After every irrigation event, a sample of 0,09 m² of the crop residues was collected and weighted, in a time interval of 0, 3, 6, 24 hours after the irrigation, in order to measure the residues retained water. The soil water content was monitored in all experimental units, to a depth of 85 cm, using a set of FDR sensors. The soil water balance was determined by the relation between irrigation depth applied, subtracted the infiltrated irrigation detph, the water retained by the residues and the evaporated irrigation depth, after every irrigation event. The experiment II was carried out during 2015/2016 crop season, using microlysimeters (ML), with dimensions of 10 cm diameter and 10 cm height. It was used the same treatment levels of the experiment I, with three replications. A set of ML was installed in a fallow area with natural rainfall and a second set was installed in an area with soybean, both submitted to natural rainfall. The MLs were weighted, daily, at 6 p.m., with the exception of the days with rainfalls. The Es of the ML was determined by the reason of the difference between the mass of ML measured at time intervals of 24h and ML area. The results indicated that the increase on the quantity of residues from 2 to 4 t ha-1 did not improve the water interception and storage by residues. The evaporation daily percentage was more influenced by atmosphere evaporative demand than by the amount of crop residues on soil surface. Crop residues are important to preserve the soil moisture and have direct impact on soil water availability and the soil water balance during the entire crop cycle duration. / A evaporação da água (Es) é um dos principais componentes do balanço de água e energia da superfície do solo. Medidas precisas da dinâmica da Es requerem o entendimento da participação da água e da energia na interface superfície e atmosfera. A Es acumulada é uma função do tempo, da textura do solo, da presença ou não de resíduos vegetais na superfície do solo, das plantas e estádios de desenvolvimento, da ocorrência de chuvas e irrigações, com forte influência da demanda evaporativa da atmosfera. Assim, o objetivo desse trabalho foi quantificar o efeito do resíduo vegetal do sistema plantio direto nos componentes do balanço hídrico do solo em áreas irrigadas e de sequeiro e avaliar a dinâmica da água retida pela palha após o umedecimento pela chuva ou irrigação. Dois experimentos foram conduzidos, em área experimental do Departamento de Engenharia Rural, da Universidade Federal de Santa Maria. O experimento I foi conduzido entre os anos de 2013 e 2014, sob uma cobertura móvel, em parcelas de 9 m2. Utilizou-se um delineamento bi-fatorial, com três repetições, onde o fator A foi constituído de três níveis de cobertura do solo: 0, 2 e 4 t ha-1 de resíduos de aveia preta. O fator B foi constituído de três lâminas de irrigação. Utilizou-se um sistema de micro aspersão, com taxa de aplicação de 8 mm h-1 e pressão de serviço de 100 kPa. Após cada evento de irrigação, uma amostra de 0,09 m2 de resíduos vegetais era coletada e pesada, em intervalos de 0, 3, 6 e 24 horas após a irrigação, à fim de medir a água retida pelos resíduos. O conteúdo de água no solo foi monitorado em cada unidade experimental, até a profundidade de 85 cm, utilizando-se um conjunto de sensores FDR. O balanço hídrico do solo foi determinado pela relação entre a lâmina aplicada, subtraída da lâmina infiltrada, a água retida pelo resíduo vegetal e da lâmina evaporada, após cada evento de irrigação. O experimento II foi conduzindo no ano agrícola de 2015/2016, utilizando microlisimetros (ML), com dimensões de 10 cm de diâmetro e 10 cm de altura. Utilizou-se os mesmos níveis de cobertura do experimento I, com três repetições. Um conjunto de ML foi instalado em uma área em pousio com chuva natural e um segundo conjunto foi instalado em uma área com soja, também com chuva natural. Os ML foram pesados em balança de precisão, diariamente, às 18 horas, com exceção dos dias onde se registou chuva. A Es da água nos ML foi determinada pela razão entre a diferença entre a massa dos mesmos num intervalos de 24 horas e a área do ML. Resultados indicaram que o aumento na quantidade de resíduos de 2 para 4 t ha-1 não incrementou a interceptação e armazenamento de água pelos resíduos vegetais. A taxa diária de evaporação foi mais influenciada pela demanda evaporativa da atmosfera do que pela presença de resíduos culturais na superfície do solo, que está relacionado com a quantidade de resíduo. Os resíduos vegetais tem importância quanto ao efeito na disponibilidade de água no solo em todo o ciclo vegetativo.

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No. of bitstreams: 1 BESSI_Debora_2017.pdf: 1353522 bytes, checksum: 5ad9f952fd09c66175d21192226aa1e4 (MD5) Previous issue date: 2017-02-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The presence of vegetation cover plays a regulatory role in the water balance through the capture and distribution of rainwater within the compartments of the ecosystem, aiding in the regulation of water flow through the soil, as well as in the process of water supply for the recharge of water bodies. It is possible to say that areas with absence of vegetation and in state of degradation do not present the same effects. Due to the complexity of the biological interactions with the abiotic factors of the environment, the current focus of the environmental recovery is almost exclusive in the biological component, not knowing at what point during the vegetation development, the restoration contributes to the water maintenance, or In what moment and how it will interfere in the water balance of a hydrographic microbasin. The objective of this work was to characterize the behavior of hydrological parameters in forest areas at different stages of restoration by conducting the natural regeneration in order to insert them as a tool to evaluate the restoration. For this purpose, a microbasin was selected within the. (SPP), where three plots of 400 m 2 were demarcated for each treatment, two treatments with different ages of succession (Treatment 1 - 4 years , And Treatment 2 - 10 years) and a fragment without human interference (Treatment 3 - 43 years). The research characterized and evaluated the conditions of natural regeneration through vegetation structure indicators: tree height, trunk diameter, and soil: soil cover by grass and litter, resistance to soil compaction, humidity and Infiltration rate; And luminosity, in addition to the application of diversity and wealth indexes. In each plot, 12 rain gauges were installed and flow through the trunk in all the trees with CAP> 15cm in order to characterize the distribution of the rainfall in the three taratamentos through the hydrological indicators: open precipitation, effective precipitation, internal precipitation, flow through the trunk and interception. The results on vegetation diversity and structure indicated an increasing trend in both number and richness among treatments. It can be said that the species and families present in each treatment are acting in the process of natural succession. The structural characteristics evaluated also demonstrated that the sequence is occurring slowly. Regarding the hydrological parameters, there were significant differences between the three areas studied. It can be noticed that the interception and flow through the trunk have increasing behavior as the natural regeneration progresses, while the internal precipitation and the effective precipitation decrease. These results varied according to the characteristics of the vegetation, for example, the quantity and density of individuals in each plot and species present, besides the climatic characteristics and the precipitations incident on the area. It was possible to observe that with the advancement of the natural succession there was an increase in the vegetal parameters and improvement of the soil parameters, on the other hand, the hydrological parameters showed specific behavior for each treatment, indicating that they are able to respond to the state of maintenance and development of the vegetation. / A presença de cobertura vegetal desempenha função reguladora no balanço hídrico através da captação e distribuição da água da chuva dentro dos compartimentos do ecossistema, auxiliando na regulação do escoamento de água pelo solo, bem como no processo de suprimento de água para a recarga de corpos hídricos. É possível dizer que áreas com ausência de vegetação e em estado de degradação não apresentam os mesmos efeitos. Devido à complexidade das interações biológicas com os fatores abióticos do meio, todo o enfoque atual da recuperação ambiental é quase que exclusivo no componente biológico, não se conhecendo em que momento ao longo do desenvolvimento da vegetação, a restauração contribui para a manutenção hídrica, ou em que momento e como irá interferir no balanço hídrico de uma microbacia hidrográfica. O trabalho teve por objetivo caracterizar o comportamento de parâmetros hidrológicos em áreas florestais em diferentes estágios de restauração por condução da regeneração natural a fim de inseri-los como ferramenta para avaliação da restauração. Para isso foi selecionada uma microbacia dentro da Reserva Particular de Patrimônio Natural (RPPN) Floresta das Águas Perenes, Brotas – SP, onde foram demarcadas três parcelas de 400m² para cada tratamento, sendo dois tratamentos com idades distintas de sucessão (Tratamento 1 – 4 anos, e Tratamento 2 – 10 anos) e um fragmento sem interferência humana (Tratamento 3 – 43 anos). A pesquisa caracterizou e avaliou as condições da condução da regeneração natural, através dos indicadores de estrutura da vegetação: altura dos indivíduos arbóreos, diâmetro do tronco, e do solo: cobertura do solo por gramínea e serapilheira, resistência à compactação do solo, umidade e velocidade de infiltração; e luminosidade, além da aplicação de índices de diversidade e riqueza. Em cada parcela foram instalados 12 pluviômetros e escoamento pelo tronco em todas as árvores com CAP>15cm a fim de caracterizar a distribuição da chuva nos três tratamentos através dos indicadores hidrológicos: precipitação a céu aberto, precipitação efetiva, precipitação interna, escoamento pelo tronco e interceptação. Os resultados sobre diversidade e estrutura da vegetação indicaram tendência de incremento da mesma tanto em número quanto em riqueza entre os tratamentos. Pode-se dizer que as espécies e famílias presentes em cada tratamento estão atuando no processo de sucessão natural. As características estruturais avaliadas também demonstraram que a sucessão está ocorrendo lentamente. Com relação aos parâmetros hidrológicos, houve diferenças significativas entre as três áreas estudadas. Pode-se perceber que a interceptação e o escoamento pelo tronco possuem comportamento crescente conforme o avanço da regeneração natural, ao passo que a precipitação interna e a precipitação efetiva diminuem. Tais resultados variaram conforme as características da vegetação, como por exemplo, a quantidade e densidade de indivíduos em cada parcela e espécies presentes, além das características climáticas e das precipitações incidentes sobre a área. Foi possível observar que com o avanço da sucessão natural houve incremento nos parâmetros vegetais e melhoria dos parâmetros do solo, por outro lado, os parâmetros hidrológicos mostraram comportamento específico para cada tratamento, indicando que são capazes de responderem ao estado de manutenção e desenvolvimento da vegetação. / 23112.000670/2015-59

Resumo: Objetivou-se avaliar características fisiológicas da leguminosa forrageira tropical, Macrotyloma axillare cv. Java (macrotiloma) submetida a diferentes potenciais hídricos e determinar a qualidade fisiológica de três lotes de sementes dessa cultivar. Determinou-se a pureza física dos lotes, o peso de mil sementes, o teste padrão de germinação (TPG) e o índice de velocidade de germinação (IVG). Os seguintes testes de vigor foram realizados: primeira contagem do TPG, condutividade elétrica e envelhecimento acelerado. Avaliou-se o efeito da disponibilidade hídrica do substrato sobre a germinação de sementes com o uso de soluções de Polietileno Glicol (PEG 6000) e a germinação e o crescimento inicial das plântulas sob diferentes disponibilidades hídricas no solo (60, 45 e 35% da capacidade de campo). Diferenças no potencial fisiológico inicial de sementes escarificadas puderam ser observadas pelo teste de germinação. Os testes de primeira contagem e IVG não foram sensíveis para detectar diferenças no potencial fisiológico das sementes dos três lotes estudados. O envelhecimento acelerado das sementes escarificadas pode ser realizado a 41º C por um período mínimo de 72 horas ou a 45º C durante 48 horas. O teste de condutividade elétrica mostrou-se adequado para diferenciar os lotes de sementes escarificadas, a partir de 48 horas de embebição. O lote 3 foi classificado como o lote de menor vigor. Houve redução progressiva e significativa da porcentagem de germinação e do IVG quando o potencial hídrico do substrato decresceu de 0,0 até -0,6 MPa e decréscimo na germinação e no IVG quando a disponibilidade hídrica no solo decresceu de 60% para 45 e 35% da capacidade de campo. Todas as características da parte aérea das plântulas foram prejudicadas pela redução da disponibilidade hídrica do solo, notadamente, os parâmetros altura de plântula,... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The objective of this research was to evaluate physiological characteres of the tropical forage legume, Macrotyloma axillare cv. Java (perennial horse gram) submitted to different water potentials and to determine the physiological quality of three seed lots of this cultivar. The physical purity, 1000 seeds weight, standard germination test (SGT) and speed of germination index (SGI) were evaluated. The following vigour tests were performed: first count of SGT; electrical conductivity and accelerated aging. The effect of substratum water availability was studied using polyethylene glicol solutions (PEG 6000) on seed germination and soil with three levels of water contents (60, 45 and 35% of field capacity) on germination and early growth of seedlings. Differences on initial physiological potential of scarified seeds could be observed by the germination test. First count of germination and SGI were not sensible to detect differences in seed physiological potential of these three lots. The accelerated aging of scarified seeds can be performed at 41ºC during at least 72 hours or at 45ºC for 48 hours. The electrical conductivity test was adequate to differentiate lots of scarified seeds after 48 hours of imbibition. The seed lot number three was classified as the lowest vigour lot of perennial horse gram seeds. There was progressive and significant decrease of germination percentage and of SGI when the substratum water potential decreased from zero to -0,6 MPa and reduction of germination percentage and SGI when the soil water availability decreased from 60% to 45 and 35% of field capacity. All seedlings shoot characters were hastened by the decrease of soil water availability, mainly the parameters: seedling height, fresh mass and area of leaves... (Complete abstract, click electronic access below) / Orientador: Teresinha de Jesus Deléo Rodrigues / Coorientador: Antônio João Cancian / Banca: Paola Pedroso Vantini / Banca: Ana Regina Pimentel de Almeida / Banca: Izabel Cristina Leite / Banca: Maria Lidia Stipp Paterniani / Doutor

Orientador: Luís Henrique Bassoi / Banca: Sarita Leonel / Banca: Antonio Odair Santos / Resumo: A irrigação é uma prática importante no cultivo de espécies frutíferas no Semiárido brasileiro, devido à precipitação pluvial com baixa magnitude, distribuição temporal irregular e insuficiente para atender a demanda hídrica das culturas agrícolas. Assim, o presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de avaliar os efeitos de diferentes manejos de irrigação na videira de vinho cv. Syrah/1103P, no comportamento ecofisiológico da cultura e em seus aspectos quantitativos e qualitativos da produção de uvas. O experimento foi conduzido na Embrapa Semiárido, em Petrolina - PE, durante o primeiro ciclo de produção da cultura (13 de abril a 6 de agosto de 2010). O espaçamento da cultura foi de 3m entre linhas de plantas e 1 m entre plantas. O sistema de irrigação utilizado foi o de gotejamento, com emissores espaçados a 0,5 m na linha de plantio com vazão de 2,5 Lh-1. O delineamento estatístico foi o de blocos casualizados, com 4 repetições e 3 tratamentos: irrigação plena (IP) - irrigação durante todo o ciclo da cultura; irrigação deficitária (ID) - interrupção da irrigação a partir dos 45 dias após a poda de produção (dapp) até a colheita; e irrigação com déficit controlado (IDC) - interrupção da irrigação aos 45 dapp e irrigações eventuais para o aumento da umidade do solo na profundidade efetiva do sistema radicular (0,6 m). O manejo da irrigação foi baseado na evapotranspiração da cultura (ETc) estimada pela relação entre a evapotranspiração de referência (ETo) e coeficientes da cultura (Kc). A partir de 45 dapp e até a colheita (115 dapp), a umidade do solo até a profundidade de 1,20 m foi menor nos tratamentos IDC e ID em relação ao tratamento IP / Abstract: Irrigation is important practice in the fruit crop growing in the Brazilian Semiarid region, due to low magnitude raintall, with irregular time distribuition, which is not enough to supply water demand by plants. Hence, a research work was designed to evoluate the effects of different irrigation schedulings on wine grapevine, particularly on plant ecophysiological behavior and yield. The experiment was carried out at Embrapa Tropical Semi-Arid, in Petrolina, State of Pernambuco, Brazil, during the first crop growing season (April 13 to August 6, 2010) of grapevine cv. Syrah grafted on Paulsen 1103 rootstock, planted on grid spacing of 3 m between rows and 1m between plants. Drip irrigation system was used with 2.5 L.h-1 flow emitter spaced in 0.5 m. The experiment was designed in randomized blocks, with 4 replications and 3 irrigation treatments: full irrigation (FI) - irrigation throuhgtout the entire growing season; deficit irrigation (DI) - water application interrupted since 45 days after pruning (dap) until harvest; e regulated deficit irrigation (RDI) - irrigation interrupted since 45 dapp but occasionally performed to increase soil water storage in the effective root zone (0,6 m depth). Irrigation scheduling was performed based on crop evapotranspiration (ETc), which was estinated by the relationship between reference evapotranspiration (ETo) and crop coefficients (Kc). Soil water content at 1.2 m depth from 45 dap to 115 dap (harvest), was lower in DI and RDI treatments, when compared with FI treatment. Higher pre-daw leaf water potential values were found in RDI treatment at 56 dap (-4.2 MPa), and in DI treatment at 99 dap (-5 MPa) / Mestre

Submitted by Roberto Luvisutto Martins (rlmartins.agro@hotmail.com) on 2018-05-25T15:17:52Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Roberto Luvisutto Martins.pdf: 1862150 bytes, checksum: 7a9e99015cb69cd2a388498ceb3cc6ba (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Lucia Martins Frederico null (mlucia@fca.unesp.br) on 2018-05-25T17:14:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 martins_rl_me_botfca.pdf: 1862150 bytes, checksum: 7a9e99015cb69cd2a388498ceb3cc6ba (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-25T17:14:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 martins_rl_me_botfca.pdf: 1862150 bytes, checksum: 7a9e99015cb69cd2a388498ceb3cc6ba (MD5) Previous issue date: 2018-02-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O trabalho teve como objetivo delimitar unidades de monitoramento da umidade do solo por meio da aplicação da análise geoestatística e multivariada em dados de textura do solo de um pomar de videira de vinho cv. Chardonnay / Paulsen 1103, de 1,1 ha, localizado em Espirito Santo do Pinhal, São Paulo. Em 54 pontos georreferenciados, foram coletadas 108 amostras de solo, nas camadas de 0-0,20 e 0,20-0,40 m, para determinação da textura do solo (areia, silte e argila) e estimativa do conteúdo de água disponível (AD) e água prontamente disponível (APD). Os dados de textura do solo, AD e APD foram submetidos à análise estatística descritiva e ao teste de Kolmogorov–Smirnov. Posteriormente, os dados de textura do solo foram submetidos à análise geoestatística e interpolação por krigagem ordinária, para determinação das unidades de monitoramento da umidade do solo por meio das análises de componentes principais e de agrupamento fuzzy c-means. O melhor número de unidades de foi determinado a partir de dois índices, sendo quatro o resultado obtido, para ambas as camadas, as quais apresentaram diferença significativa tanto para as três frações granulométricas do solo quanto para AD e APD. Unidades de monitoramento com os valores maiores de argila e menores de silte contribuíram para os menores valores de AD e APD. A utilização restrita dos dados de textura do solo permite o delineamento de unidades de monitoramento da umidade do solo com elevada representatividade do conteúdo de água disponível do solo. / The objective of this study was to delimit soil water monitoring zones through the application of geostatistical and multivariate analysis in soil texture data of a 1.1 ha wine vine orchard cv. Chardonnay / Paulsen 1103, located at Espirito Santo do Pinhal, State of São Paulo, Brazil. In 54 georeferenced points, 108 soil samples were collected in the 0-0.20 m and 0.20-0.40 m layers to determine the percentage of soil granulometric fractions (sand, silt and clay), available soil water content (AW) and readily available soil water content (RAW). Soil fractions, AW and RAW data were submitted to descriptive statistics and Kolmogorov– Smirnov test. Soil granulometric fraction data were submitted to geostatistical analysis to characterize the data spatial distribution and their interpolation. Then, principal component and fuzzy c-means cluster analyses were applied for the determination of the best number of soil water monitoring zones based on two indexes. Four zones for both soil layers were determined, and they showed significant difference for both soil granulometric fractions as for AW and RAW. Zones with the highest values of clay fraction and smallest values for silt fraction gave the lowest values of AW and RAW. The use of soil texture data allows the design of soil water monitoring units with high representativeness of the available soil water content.

Esta tese foi desenvolvida para avaliar os impactos das mudanças climáticas ao longo deste século sobre as demandas futuras de água para irrigação da soja na região Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul sob uma abordagem estocástica e considerando diferentes projeções de modelos climáticos para o período de 2011-2100, comparando com o passado (1961-1990). As demandas de água para irrigação da soja (IWR) foram obtidas por simulação com o modelo SWAP. O aspecto estocástico desta avaliação foi conduzido pela incorporação da variabilidade espacial da condutividade hidráulica do solo (Ksat) e dos parâmetros da curva de retenção de água no solo (CR). Inicialmente, foi realizada uma análise estocástica destes atributos físico-hidráulicos na bacia do Arroio Donato (1,1 Km2), a qual serviu de área representativa dos solos e do uso do solo da região Noroeste. Foi empregada a técnica de simulação sequencial Gaussiana (SSG) para geração de 100 campos aleatórios de cada variável. Os resultados revelaram maiores incertezas para Ksat e o parâmetro α da CR e permitiu identificar que a grande heterogeneidade espacial e temporal das variáveis analisadas pode estar associada a fatores tais como clima, manejo e cobertura do solo, erros de amostragem, adensamento da malha amostral e também ao grau de compactação do solo. Em seguida foi feita uma investigação para detectar mudanças nos padrões de temperatura (T) e precipitação (P) na região Noroeste do RS (~65.000 Km2) pelo uso de diferentes modelos climáticos de circulação geral e regional (MCGs e MCRs, respectivamente). Sete distintas localizações na região foram consideradas, para as quais há dez diferentes projeções climáticas destes modelos. Adicionalmente, também foram investigadas a frequência e a intensidade de eventos de precipitação extrema utilizando-se de índices de eventos extremos. As projeções indicam um aumento na média anual de temperatura de quase 3ºC até o final do século, bem como um aumento na precipitação anual. Também foi realizada uma análise sazonal de T e P, a qual demonstrou que os maiores aumentos de temperatura são projetados para o inverno e início da primavera e, portanto, não coincidem com os meses de verão da principal cultura da região (soja). De posse das informações anteriores, o modelo SWAP foi utilizado para estimar as demandas de água para irrigação da soja (IWR), sem considerar perdas devido à eficiência de qualquer método de irrigação. Foram feitos também testes de hipóteses sobre as séries de IWR simuladas e os resultados suportam a premissa de que IWR a curto prazo (2025s) não será estatisticamente diferente do período base (1961-1990). Por outro lado, as IWR em 2055s e 2085s rejeitam esta hipótese. Por fim, avaliou-se a influência da distribuição espacial da condutividade hidráulica saturada (Ksat) e dos parâmetros do modelo da curva de retenção de água no solo (α, n e sat) sobre as demandas futuras de água para a irrigação da soja (IWR), segundo uma abordagem estocástica. Os valores simulados pelo método geoestatístico de simulação sequencial Gaussiana foram utilizados como dados de entrada no modelo SWAP. Como dados meteorológicos foram consideradas apenas as projeções do modelo climático regional ETA 20 e ETA 40 CTRL, bem como as projeções dadas pelo modelo climático global HADCM3 nas sete localizações na região. As estimativas obtidas pelo método estocástico foram então comparadas com as estimativas de IWR obtidas sem considerar a variabilidade espacial dos atributos físico-hidráulicos do solo. Os resultados indicaram grande variabilidade espacial dos valores de IWR. Além disso, observou-se que as menores incertezas de IWR foram obtidas a partir das projeções do modelo de melhor resolução espacial, o ETA 20, enquanto o modelo HADCM3 revelou as maiores diferenças entre os períodos futuros e o período atual (base). Os resultados também demonstraram que a maior incerteza é devido aos modelos climáticos, pois a abordagem estocástica praticamente não agregou incerteza aos valores de IWR simulados anteriormente. Por fim, as séries de IWR obtidas pela abordagem determinística e estocástica foram comparadas pelo teste de hipóteses de Kolmogorov-Smirnov, o qual comprovou que as séries só não diferem a curto prazo (2025s) e que, portanto, a variabilidade espacial do solo não pode ser negligenciada nas estimativas desta variável. / This Thesis has been developed to assess the impacts of climate change throughout this century on future water demands for soybean irrigation in the Northwest region of Rio Grande do Sul under a stochastic approach and considering different projections of climate models for the period 2011-2100, compared to the past (1961-1990). The water demands for irrigation (IWR) were obtained by simulation with the SWAP model. The stochastic aspect of this evaluation was conducted by incorporating the spatial variability of the saturated hydraulic conductivity (Ksat) and the parameters of the soil water retention curve (CR). Initially, a stochastic analysis of soil physical-hydraulic attributes (Ksat and CR parameters) in the Donato basin (1,1 Km2) was carried out. This basin served as a representative area of soils and land uses of the Northwest region. The Sequential Gaussian Simulation (SSG) technique was used to generate 100 random fields of each variable. The results revealed greater uncertainty for Ksat and for α parameter of the CR and identified that the large spatial and temporal heterogeneity of the variables may be associated with factors such as climate, management and land cover, sampling error, spatial density of the sampling grid and also the degree of soil compaction. After, an investigation was made to detect changes in temperature (T) and precipitation (P) patterns in the Northwest region of RS (~65.000 Km2) by using different global and regional circulation models (GCM and RCM, respectively). Seven distinct locations in the region were considered, for which there are ten different climate projections of these models. Additionally, it was also investigated the frequency and intensity of extreme rainfall events using extreme event indices. Projections indicate an increase in average annual temperature of almost 3 °C by the end of this century, as well as an increase in annual precipitation. It was also performed a seasonal analysis of T and P, which showed that the largest temperature increases are projected for the winter and early spring and, therefore, do not coincide with the summer months the main crop in the region (soy). Making use of the above information, the SWAP model was applied to estimate the water demand for soybean irrigation (IWR), excluding losses due to the efficiency of any method of irrigation. A hypothesis test for the simulated IWR series and the results supports the premise that in short-term IWR (2025s) is not statistically different from base period (1961-1990). On the other hand, IWR in 2055s and 2085s reject this hypothesis. Finally, the influence of the spatial distribution of the saturated hydraulic conductivity (Ksat) and the parameters of the soil water retention curve (α, sat and n) on IWR was evaluated, according to a stochastic approach. The simulated values form the geostatistical method of Sequential Gaussian Simulation (SGS) were used as input data in the SWAP model. Input data of meteorological information were provided by the projections of regional climate model ETA 20 and ETA 40 CTRL, as well as the projections given by global climate model HADCM3 for the seven locations in the region. Estimates obtained by the stochastic method were then compared with the IWR estimates obtained without considering the spatial variability of physical and hydraulic soil properties. The results indicated large spatial variability of IWR values. Furthermore, it was observed that the smallest uncertainties of IWR were obtained from the projections with better spatial resolution, the ETA 20 model, while the HADCM3 model revealed the highest differences between future periods and the current period (baseline). The results also showed that the greatest uncertainties are probably due to climate models, since the stochastic approach did not add uncertainties to the IWR values simulated previously. Finally, the series of IWR obtained by stochastic and deterministic approaches were compared by the hypothesis test of Kolmogorov-Smirnov, which proved that only the series in the short term (2025s) differ, and, therefore, the soil spatial variability may not be neglected when estimating this variable.

A estrutura do solo está relacionada com o arranjo das partículas, agregados e poros que constituem este meio poroso. As influências estruturais do solo atuam em diversas escalas tanto macroscópicas como microscópicas. Mudanças estruturais em escala microscópica são importantes porque causam alterações no arranjo das partículas do solo e, conseqüentemente, mudanças na distribuição de poros. A qualidade das amostras de solo está diretamente relacionada a sua estrutura, a qual é extremamente importante devido à influência que exerce no desenvolvimento das raízes, fauna do solo, movimento e retenção de água e gases, etc. As alterações que ocorrem na estrutura do solo podem ser induzidas tanto por forças naturais quanto pela ação humana. Ciclos de umedecimento e secamento (U-S) causam grandes modificações na estrutura do solo, especialmente na distribuição do tamanho de poros, a qual reflete a distribuição espacial e temporal da umidade do solo. Conseqüentemente, estes processos podem afetar a retenção e o movimento de água e nutrientes no solo, tendo importantes conseqüências práticas em determinações de armazenamento e potencial mátrico da água no solo, amplamente usados em irrigação. O objetivo principal deste estudo foi aplicar as técnicas de tomografia computadorizada, atenuação de raios gama e análise micromorfológica como ferramentas na compreensão de como a estrutura do solo pode ser afetada por procedimentos de amostragem e ciclos de umedecimento e secamento. Foi feita uma análise crítica sobre o comportamento da estrutura do solo quando submetido a sucessivos ciclos de U-S e qual o impacto que possíveis alterações estruturais podem ocasionar na retenção de água pelo solo. Foram usadas amostras de três diferentes solos coletadas em anéis volumétricos. Cada amostra foi submetida à aplicação de três e nove ciclos de U-S. As amostras controle não foram submetidas a nenhum ciclo de U-S. O tomógrafo usado é de primeira geração equipado com uma fonte radioativa de 241Am e permitiu a obtenção de perfis de unidades tomográficas e imagens em 2-D das amostras de solo. O sistema de atenuação de raios gama é equipado com a mesma fonte radioativa do tomógrafo e possibilitou medidas de densidade e umidade do solo. A análise micromorfológica tornou possível quantificar a distribuição do formato, tamanho e arranjo dos poros dos solos. As análises realizadas através da técnica não invasiva de atenuação de raios gama permitiram determinar curvas de retenção usando um único umedecimento da amostra. Obteve-se também uma maior exatidão na definição do tempo de equilíbrio e redução do tempo requerido para obtenção da curva no intervalo de potencial mátrico de 0 a ?100 kPa. As análises usando-se a técnica de tomografia computadorizada tornaram possível mostrar o impacto de diferentes procedimentos de amostragem na estrutura do solo, alterações ocorridas nesta estrutura oriundas dos ciclos de U-S e investigar a qualidade de amostras de solo usadas em medidas de densidade. A partir da análise das imagens tomográficas ficou evidenciado que procedimentos de amostragem causam compactações próximo às bordas em amostras coletadas com anéis volumétricos e que quanto menor a dimensão do anel, maior é a deformação sofrida pela amostra. Com relação aos ciclos de U-S, a tomografia tornou possível acompanhar as modificações na estrutura com a evolução dos ciclos e permitiu identificar aumentos na porosidade do solo e desenvolvimento de grandes macroporos. A análise micromorfológica permitiu uma investigação da estrutura do solo em escala micrométrica. Através desta técnica foi possível a realização de um exame minucioso das modificações no arranjo, formato e distribuição dos poros das amostras de solos submetidas aos ciclos de U-S e procedimentos de amostragem. Os resultados mostraram que a estrutura do solo sofre mudanças importantes tanto no formato como na distribuição de tamanho dos poros, corroborando os resultados obtidos pela técnica tomográfica. Finalmente, foram realizadas ainda análises do impacto das mudanças na estrutura do solo na retenção de água. Os resultados permitiram mostrar que todos os solos apresentam variações na curva de retenção à medida que sofrem a aplicação de sucessivos ciclos de U-S. Esta informação é importante pelo fato de que os dados da curva são usados em simulações do transporte de água e produtos químicos ao longo do solo, em estimativas da quantidade de água a ser usada para irrigação e na predição de taxas de infiltração / Soil structure is related to the arrangement of soil particles, aggregates, and pores, which makes part of this porous media. The influence of structure on soil physical phenomena ranges from macro to microscope scale. Structure changes in microscope scale are important because affect the soil particle arrangement and, consequently, the pores distribution. Soil sample quality is directly related to soil structure, which is one of the most important properties that influences root development, water and gas movement and retention, soil fauna, etc. Natural forces and human action are the main factors that affect soil structure. Wetting and drying (W-D) cycles cause strong modifications on soil structure, especially in the pore size distribution, which reflects the temporal and spatial distribution of soil water and, consequently, these processes can affect soil water and nutrient retention and movement; having important practical consequences when calculating soil water storages and matric potentials, widely used in irrigation management. The main objective of this work was to use computed tomography (CT), gamma-ray attenuation, and micromorphologic analysis techniques as tools to investigate how soil structure can be affected by soil sampling procedures and wetting and drying cycles. A critical analysis about the behavior of soil structure when submitted to W-D cycles and the impact of possible structure changes on water retention was made. Core samples were collected from profiles of three soils with volumetric rings. Each soil sample was submitted to the application of three and nine W-D cycles. For the soil samples called control, none W-D cycle was applied. The CT scanner used is a first-generation system with a fixed source-detector arrangement and translation/rotational movements of the samples, equipped with a radioactive gamma-ray source of 241Am. The CT system permitted to obtain 2-D soil sample images and tomographic unit profiles. The gamma-ray attenuation system is equipped with the same radioactive source of the tomograph and it was used to evaluate soil density and water content. The pore size distribution, arrangement, and size of pores were analyzed through the micromorphologic analysis technique. By the analyses carried out through the non-invasive gamma-ray attenuation technique it was possible to evaluate soil water retention curves using a unique wetting cycle. The results allow to conclude that the nuclear method presents some advantages in relation to the traditional method (Richards method), like the higher accuracy in the determination of time of equilibrium, and reduction in the time required for the retention curve determination at the matric potential range of 0 to -100 kPa. The analyses using the CT technique allowed to confirm that soil compaction near the volumetric ring wall occur and that the effects of sampling procedures on soil structure need to be taken into account. It was showed that the size of the volumetric rings is very important and that small ones cause strong modifications on soil structure. Regarding the wetting and drying cycles, on the one hand, the technique allowed following the modifications on soil structure induced by these cycles, on the other, it makes possible to identify increases in soil porosity and development of some large macropores with the cycles. The micromorphologic analysis allowed an investigation of soil structure in a micrometric scale. This technique was particularly valuable because it was possible to analyze the changes in soil particle arrangement, shape, and pore distribution of samples submitted to W-D cycles and different sampling procedures. The results showed that soil structure is a dynamic property, suffering important changes on shape and pore size distributions, confirming the results obtained by the CT technique. Finally, analyses of soil structure changes during water retention curve determinations were made. By the results it was possible to conclude that the soil water retention curve is affected by sequences of W-D cycles. This sort of information is valuable because the water retention curve data are used in simulations of water and chemical products transport through the soil, and evaluations of soil water storages and matric potentials, widely used in irrigation management