O estabelecimento de balanços hídricos no campo é difícil e dispendioso, sendo a variabilidade de seus componentes o maior problema para se obter resultados confiáveis. Esta variabilidade dos componentes é aqui apresentada para uma cultura de café desenvolvida no hemisfério sul, em um solo tropical com 10% de declividade. É concluído que a chuva deve ser medida com um número apropriado de repetições, que a irrigação pode introduzir grande variabilidade dos cálculos, que a evapotranspiração calculada a partir da equação do balanço hídrico tem coeficientes de variação muito altos, que o componente armazenamento de água no solo é o que mais contribui na propagação dos erros e que a enxurrada pôde ser satisfatoriamente controlada nesse declive por meio de práticas de manejo. / The establishment of field water balances is difficult and costly, the variability of its components being the major problem to obtain reliable results. This component variability is here presented for a coffee crop grown in the Southern Hemisphere, on a tropical soil with 10% slope. It is concluded that rainfall has to the measured with an appropriate number of replicates, that irrigation can introduce great variability into calculations, that evapotranspiration calculated from the water balance equation has high coefficients of variation, that the soil water storage component is the major contributor in error propagation calculations, and that the run-off could be satisfactorily controlled through crop management practices.

The intensification of land-water management due to agriculture, forestry, and urbanization is a global phenomenon increasing the pressure on worlds water resources and threatening water security in North America. The Prairie Pothole Region of North America covers approximately 775,000 km2 and contains millions of wetlands that serve important hydrological and ecological functions. The unique hummocky topography and the variable effect of different processes contribute to high spatio-temporal variability in soil water, posing major challenges in hydrological studies. The objectives of this study were to a) examine the spatial pattern of soil water storage and its scale and location characteristics; and b) to identify its controls at multiple scales. Soil water content at 20 cm intervals down to 140 cm was measured along a transect extending over several knolldepression cycles in a hummocky landscape. High water storage in depressions and low water storage on the knolls created a spatial pattern that was inversely related to elevation. Spatial patterns were strongly similar within any given season (intra-season rank correlation coefficient as high as 0.99), moreso than between the same season over different years (inter-annual rank correlation coefficient as high as 0.97). Less similar spatial patterns were observed between different seasons (inter-season rank correlation coefficients as high as 0.90). While the intra-season and inter-annual spatial patterns were similar at scales >18 m, the inter-season spatial patterns were similar at much large scales (>72 m). This may be due to the variations in landform elements and micro-topography. The similarity at scales >72 m were present at any time and depth. However, small- and medium-scale spatial patterns changed with depth and with season due to a change in the hydrological processes. The relative dominance of a given set of processes operating both within a season and for the same season over different years yielded strong intra-season and inter-annual similarity at scales >18 m. Moreover, similarity was stronger with increasing depth, and was thought to be due to the dampening effect of overlying soil layers that are more dynamic. Similarity of spatial patterns over time helps to identify the location that best represents the field averaged soil water and improves sampling efficiency. Change in the similarity of scales of spatial pattern helps identify the change in sampling domain as controlled by hydrological processes. The scale information can be used to improve prediction for use in environmental management and modeling of different surface and subsurface hydrological processes. The similarity of spatial pattern between the surface and subsurface layers help make inferences on deep layer hydrological processes as well as groundwater dynamics from surface water measurements.

The intensification of land-water management due to agriculture, forestry, and urbanization is a global phenomenon increasing the pressure on worlds water resources and threatening water security in North America. The Prairie Pothole Region of North America covers approximately 775,000 km2 and contains millions of wetlands that serve important hydrological and ecological functions. The unique hummocky topography and the variable effect of different processes contribute to high spatio-temporal variability in soil water, posing major challenges in hydrological studies. The objectives of this study were to a) examine the spatial pattern of soil water storage and its scale and location characteristics; and b) to identify its controls at multiple scales. Soil water content at 20 cm intervals down to 140 cm was measured along a transect extending over several knolldepression cycles in a hummocky landscape. High water storage in depressions and low water storage on the knolls created a spatial pattern that was inversely related to elevation. Spatial patterns were strongly similar within any given season (intra-season rank correlation coefficient as high as 0.99), moreso than between the same season over different years (inter-annual rank correlation coefficient as high as 0.97). Less similar spatial patterns were observed between different seasons (inter-season rank correlation coefficients as high as 0.90). While the intra-season and inter-annual spatial patterns were similar at scales >18 m, the inter-season spatial patterns were similar at much large scales (>72 m). This may be due to the variations in landform elements and micro-topography. The similarity at scales >72 m were present at any time and depth. However, small- and medium-scale spatial patterns changed with depth and with season due to a change in the hydrological processes. The relative dominance of a given set of processes operating both within a season and for the same season over different years yielded strong intra-season and inter-annual similarity at scales >18 m. Moreover, similarity was stronger with increasing depth, and was thought to be due to the dampening effect of overlying soil layers that are more dynamic. Similarity of spatial patterns over time helps to identify the location that best represents the field averaged soil water and improves sampling efficiency. Change in the similarity of scales of spatial pattern helps identify the change in sampling domain as controlled by hydrological processes. The scale information can be used to improve prediction for use in environmental management and modeling of different surface and subsurface hydrological processes. The similarity of spatial pattern between the surface and subsurface layers help make inferences on deep layer hydrological processes as well as groundwater dynamics from surface water measurements.

O estabelecimento de balanços hídricos no campo é difícil e dispendioso, sendo a variabilidade de seus componentes o maior problema para se obter resultados confiáveis. Esta variabilidade dos componentes é aqui apresentada para uma cultura de café desenvolvida no hemisfério sul, em um solo tropical com 10% de declividade. É concluído que a chuva deve ser medida com um número apropriado de repetições, que a irrigação pode introduzir grande variabilidade dos cálculos, que a evapotranspiração calculada a partir da equação do balanço hídrico tem coeficientes de variação muito altos, que o componente armazenamento de água no solo é o que mais contribui na propagação dos erros e que a enxurrada pôde ser satisfatoriamente controlada nesse declive por meio de práticas de manejo. / The establishment of field water balances is difficult and costly, the variability of its components being the major problem to obtain reliable results. This component variability is here presented for a coffee crop grown in the Southern Hemisphere, on a tropical soil with 10% slope. It is concluded that rainfall has to the measured with an appropriate number of replicates, that irrigation can introduce great variability into calculations, that evapotranspiration calculated from the water balance equation has high coefficients of variation, that the soil water storage component is the major contributor in error propagation calculations, and that the run-off could be satisfactorily controlled through crop management practices.

O objetivo do presente trabalho foi estudar a variabilidade espacial dos parâmetros da equação da condutividade hidráulica determinada no campo em função do conteúdo de água no solo, pelo método do perfil instantâneo, e avaliar a estabilidade temporal da armazenagem da água no solo, com vistas a identificação de um local de amostragem ótimo para a determinação da densidade de fluxo da água pela equação de Darcy-Buckingham. O estudo foi desenvolvido num Latossolo Vermelho Amarelo, textura areno-argiloso, em área experimental do Campus "Luiz de Queiroz", Universidade de São Paulo, município de Piracicaba, Estado de São Paulo, Brasil. Suas coordenadas geográficas são: 22° 42’ 43,3’’ de latitude sul, 47° 37’ 10,4’’ de longitude oeste e 456 m de altitude. A parcela experimental apresentava um comprimento de 45 m e uma largura de 15 m, na qual foram instalados 40 tubos de alumínio para acesso de uma sonda de nêutrons para medida do conteúdo da água no solo nas profundidades 0,20 m; 0,40 m; 0,60 m; 0,80 m e 1,00 m e cálculo da armazenagem da água no perfil 0- 1,0 m. A distribuição desses tubos foi feita na forma de uma grade de quatro colunas por dez linhas, com cada tubo distando de seu vizinho de 5 m. As funções K(θ) nos 40 pontos foram determinadas a partir das análises de regressão de θ em função de lnt e hz em função de lnt, durante o processo de redistribuição da água no solo. De posse das 40 funções K(θ) nas cinco profundidades estudadas, foram aplicadas as técnicas geoestatitisticas para o estudo da variabilidade espacial dos parâmetros θ0, K0 e γ da função. Foi realizada também a análise da estabilidade temporal da armazenagem da água no solo, ao longo do período de redistribuição da água no solo para verificar quais e quantos são os locais adequados para o monitoramento da água precisão aceitável e reduzido esforço amostral. Pelos resultados obtidos, pôde-se concluir que: a) os métodos geoestatísticos utilizados foram adequados para descrever a estrutura de dependência espacial dos parâmetros da relação da condutividade hidráulica em função da umidade do solo: θ0 , K0 e γ; b) para as três variáveis estudadas ( θ0 , K0 e γ) houve estrutura de dependência espacial dos parâmetros na escala utilizada com alcances máximos de 8,33, 19,09 e 10,35 m; c) a técnica da estabilidade temporal que possibilita identificar, no campo, o ponto, ou os pontos, que representam a média e os pontos que superestimam ou subestimam a média real de determinada variável, identificou, para os valores de armazenagem da água no solo do presente estudo, os pontos 19, 20 e 21 como os mais representativos da média geral do campo; d) a metodologia com base nos coeficientes de correlação de Spearman também permitiu concluir que os valores de armazenagem da água no solo, foram estáveis no tempo, para os 40 pontos amostrados. Palavras-chave: perfil instantâneo, estabilidade temporal, sonda de nêutrons, armazenagem / The objective of this work was to study the spatial variability of the parameters of the hydraulic conductivity equation determined in the field as a function of soil water content, by the instantaneous profile method, and to evaluate the soil water storage time stability, in order to identify a sampling location for the determination of soil water flux by means of Darcy-Buckingham equation. The study was carried out in a clay sandy Oxisol in the country of Piracicaba, State of São Paulo, Brazil (22º42’ 43,3’’ S, 47° 37’ 10,4’’ W, 546 m). The dimensions of the experimental plot were 45 m x 15 m in wich 40 aluminium tubes were installed to acess a neutron probe to measure the soil water content at the depths of 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0 m and, then, calculate the soil water storage of the 0 - 1.0 m soil layer. The distribution of these tubes were made in grid of four columns by ten lines in spacing of 5m x 5m. The Kθ functions were determined in the 40 points from regression analyses of θ as function lnt and hz as a function of lnt, being K the hydraulic conductivity, θ the volumetric soil water content, z h the soil water storage in the 0 - Z m layer and t the soil water redistribution time. With the 40 Kθ functions in the five studied soil depths, geostatistical techniques were used to evaluate the spatial variability of the parameters 0 θ , 0 K and γ of the function ( ) [ ] 0 0 exp θ θ γ − = K K , where the subindex o means lnt = 0. Soil water storage time stability analysis were also carried out along the soil water redistribution period in order to verify which and how many are the adequate locations for water monitoring with acceptable precisi on and reduced sample effort. From the results, the follwing could conclude: (i) the used geostatistical methods were adequate to described the spatial dependence structure of the parameters θ0 , Kθ0 and γ; (ii) there were a spatial dependence structure of the parameters in the used scale with maximum ranges of 8.33, 19.09 and 10.35 m; (iii) from the time stability technique, it was possible to identify the points 19,20 and 21 as the more representative of the field overall mean; (iv) the rank Spearmam coefficients also showed that the soil water storage of the 40 sampled points were in the time.

O objetivo do presente trabalho foi estudar a variabilidade espacial dos parâmetros da equação da condutividade hidráulica determinada no campo em função do conteúdo de água no solo, pelo método do perfil instantâneo, e avaliar a estabilidade temporal da armazenagem da água no solo, com vistas a identificação de um local de amostragem ótimo para a determinação da densidade de fluxo da água pela equação de Darcy-Buckingham. O estudo foi desenvolvido num Latossolo Vermelho Amarelo, textura areno-argiloso, em área experimental do Campus "Luiz de Queiroz", Universidade de São Paulo, município de Piracicaba, Estado de São Paulo, Brasil. Suas coordenadas geográficas são: 22° 42’ 43,3’’ de latitude sul, 47° 37’ 10,4’’ de longitude oeste e 456 m de altitude. A parcela experimental apresentava um comprimento de 45 m e uma largura de 15 m, na qual foram instalados 40 tubos de alumínio para acesso de uma sonda de nêutrons para medida do conteúdo da água no solo nas profundidades 0,20 m; 0,40 m; 0,60 m; 0,80 m e 1,00 m e cálculo da armazenagem da água no perfil 0- 1,0 m. A distribuição desses tubos foi feita na forma de uma grade de quatro colunas por dez linhas, com cada tubo distando de seu vizinho de 5 m. As funções K(θ) nos 40 pontos foram determinadas a partir das análises de regressão de θ em função de lnt e hz em função de lnt, durante o processo de redistribuição da água no solo. De posse das 40 funções K(θ) nas cinco profundidades estudadas, foram aplicadas as técnicas geoestatitisticas para o estudo da variabilidade espacial dos parâmetros θ0, K0 e γ da função. Foi realizada também a análise da estabilidade temporal da armazenagem da água no solo, ao longo do período de redistribuição da água no solo para verificar quais e quantos são os locais adequados para o monitoramento da água precisão aceitável e reduzido esforço amostral. Pelos resultados obtidos, pôde-se concluir que: a) os métodos geoestatísticos utilizados foram adequados para descrever a estrutura de dependência espacial dos parâmetros da relação da condutividade hidráulica em função da umidade do solo: θ0 , K0 e γ; b) para as três variáveis estudadas ( θ0 , K0 e γ) houve estrutura de dependência espacial dos parâmetros na escala utilizada com alcances máximos de 8,33, 19,09 e 10,35 m; c) a técnica da estabilidade temporal que possibilita identificar, no campo, o ponto, ou os pontos, que representam a média e os pontos que superestimam ou subestimam a média real de determinada variável, identificou, para os valores de armazenagem da água no solo do presente estudo, os pontos 19, 20 e 21 como os mais representativos da média geral do campo; d) a metodologia com base nos coeficientes de correlação de Spearman também permitiu concluir que os valores de armazenagem da água no solo, foram estáveis no tempo, para os 40 pontos amostrados. Palavras-chave: perfil instantâneo, estabilidade temporal, sonda de nêutrons, armazenagem / The objective of this work was to study the spatial variability of the parameters of the hydraulic conductivity equation determined in the field as a function of soil water content, by the instantaneous profile method, and to evaluate the soil water storage time stability, in order to identify a sampling location for the determination of soil water flux by means of Darcy-Buckingham equation. The study was carried out in a clay sandy Oxisol in the country of Piracicaba, State of São Paulo, Brazil (22º42’ 43,3’’ S, 47° 37’ 10,4’’ W, 546 m). The dimensions of the experimental plot were 45 m x 15 m in wich 40 aluminium tubes were installed to acess a neutron probe to measure the soil water content at the depths of 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0 m and, then, calculate the soil water storage of the 0 - 1.0 m soil layer. The distribution of these tubes were made in grid of four columns by ten lines in spacing of 5m x 5m. The Kθ functions were determined in the 40 points from regression analyses of θ as function lnt and hz as a function of lnt, being K the hydraulic conductivity, θ the volumetric soil water content, z h the soil water storage in the 0 - Z m layer and t the soil water redistribution time. With the 40 Kθ functions in the five studied soil depths, geostatistical techniques were used to evaluate the spatial variability of the parameters 0 θ , 0 K and γ of the function ( ) [ ] 0 0 exp θ θ γ − = K K , where the subindex o means lnt = 0. Soil water storage time stability analysis were also carried out along the soil water redistribution period in order to verify which and how many are the adequate locations for water monitoring with acceptable precisi on and reduced sample effort. From the results, the follwing could conclude: (i) the used geostatistical methods were adequate to described the spatial dependence structure of the parameters θ0 , Kθ0 and γ; (ii) there were a spatial dependence structure of the parameters in the used scale with maximum ranges of 8.33, 19.09 and 10.35 m; (iii) from the time stability technique, it was possible to identify the points 19,20 and 21 as the more representative of the field overall mean; (iv) the rank Spearmam coefficients also showed that the soil water storage of the 40 sampled points were in the time.

O conhecimento do armazenamento de água pelo solo (ARM) é importante por tratarse de uma cultura de grande interesse agronômico. Os tensiômetros de polímero são novos dispositivos capazes de verificar a tensão de água no solo em situações de solo bem seco e realizam medidas do potencial matricial do solo que podem ser utlizadas para o cálculo de ARM. O presente trabalho tem por objetivos: (i) estimar o armazenamento de água no solo através dos métodos de estimativa de balanço hídrico de Thornthwaite e Mather (M), Rijtema e Aboukhaled (R) e Cossenoidal (C), combinados com a evapotranspiração de cultura estimada pelos métodos de Thornthwaite, Penamn e Penman-Monteith, a fim de compara-los com valores de ARM medidos com tensiômetros de polímeros; (ii) estimar a produtividade deplecionada por água e comparar com os dados observados em um experimento de campo com uma cultura da soja. O experimento foi conduzido no município de Piracicaba, SP, com tensiômetros instalados a 0,05, 0,15 e 0,30 m de profundidade, representando as camadas de 0-0,1, 0,1-0,2 e 0,2-0,4 m, respectivamente. De acordo com os resultados obtidos, conclui-se que: (i) o método M subestima a evapotranspiração atual ( ). Consequentemente, superestima o déficit hídrico e subestima S pois assume que (a) só é igual à evapotranspiração potencial quando ARM é igual à capacidade de armazenamento do solo (CAD); (b) M assume aumento linear entre nulo até a ; (ii) os métodos R e C apresentam estimativas de equivalentes; consequentemente, também apresentam estimativas equivalentes de e déficit hídrico. Porém, enquanto o método R assume aumento linear de na faixa de nulo até crítico, o método C assume variação sigmoidal (o que condiz mais com a realidade); (iii) o método de estimativa de evapotranspiração que melhor ajustou-se aos dados reais foi o de Penman e Monteith. Porém, quando apenas houver dados de temperatura disponíveis, recomenda-se a utilização do método de Thornthwaite; (iv) a capacidade de campo pode ser determinada experimentalmente com base no valor médio do potencial matricial ou umidade durante o período chuvoso; (v) para efeito de realização de balanço hídrico, a pode ser determinada com base na determinação prévia do ponto de murcha permanente (teor de água correspondente ao potencial matricial de -15 atm), profundidade efetiva do sistema radicular (profundidade do solo que contribui com 95% da evapotranspiração), com o coeficiente angular da reta igual a um; e (vi) a produtividade deplecionada por água da soja foi de 4279,7 kg ha-1, com uma quebra de 55% em relação à produtividade potencial. / The knowledge about soil water storage (ARM) is essential in agriculture mainly for crops of great agronomic importance. Polymer tensiometers are new instruments capable of measuring soil water tension in very dry soil conditions and perform measurements of soil matrix potential that can be use to calculate ARM. The aims of this study were: (i) to estimate ARM by the water balance estimation methods of Thornthwaite and Mather (M), Rijtema and Aboukhaled (R), and Cossenoidal (C), combined with crop evapotranspiration estimated by Thornthwaite, Penman and Penman-Monteith, in order to compare them with ARM values calculated from polymer tensiometer data; (ii) to estimate the water-depleted productivity of the soybean and compare it with observed data in a field experiment with a soybean crop. The experiment was conducted in Piracicaba, São Paulo State, Brazil, with tensiometers installed at 0.05; 0.15 and 0.3 m depths, representing 0-0.1; 0.1-0.2 and 0.2-0.4 m soil layers. The results show that: (i) the M method underestimates the actual evapotranspiration (ETa). Consequently, it overestimates the hydric deficit and underestimates ARM because it assumes that (a) ETa is only equal to the potential evapotranspiration when ARM is equal to the available soil water storage capacity (AWC); (b) M assumes a linear increase from null ARM until ; (ii) the R and C methods provide equivalent estimates of Eta; consequently, they also present equivalent estimates of ARM and hydric deficit. However, while R assumes a linear increase of Eta from null ARM until a critic ARM, C assumes a sigmoidal variation (which agrees more with reality); (iii) the best method of evapotranspiration estimative was M. However, when only temperature data is available, it is recommended to use the Thornthwaite method; (iv) the field capacity can be determined experimentally based on the average matric potential and moisture during the rainy season; (v) for calculating water balances, AWC can be determined based on the previous determination of the permanent wilting point (water content corresponding to the matric potential of -15 atm), effective depth of the root system (soil depth whichs contributes with 95% of the evapotranspiration), with the slope equal to one; and (iii) the water-depleted productivity of the soybeans was 4279.7 kg ha-1, 55% less than the potential productivity.

O conhecimento do armazenamento de água pelo solo (ARM) é importante por tratarse de uma cultura de grande interesse agronômico. Os tensiômetros de polímero são novos dispositivos capazes de verificar a tensão de água no solo em situações de solo bem seco e realizam medidas do potencial matricial do solo que podem ser utlizadas para o cálculo de ARM. O presente trabalho tem por objetivos: (i) estimar o armazenamento de água no solo através dos métodos de estimativa de balanço hídrico de Thornthwaite e Mather (M), Rijtema e Aboukhaled (R) e Cossenoidal (C), combinados com a evapotranspiração de cultura estimada pelos métodos de Thornthwaite, Penamn e Penman-Monteith, a fim de compara-los com valores de ARM medidos com tensiômetros de polímeros; (ii) estimar a produtividade deplecionada por água e comparar com os dados observados em um experimento de campo com uma cultura da soja. O experimento foi conduzido no município de Piracicaba, SP, com tensiômetros instalados a 0,05, 0,15 e 0,30 m de profundidade, representando as camadas de 0-0,1, 0,1-0,2 e 0,2-0,4 m, respectivamente. De acordo com os resultados obtidos, conclui-se que: (i) o método M subestima a evapotranspiração atual ( ). Consequentemente, superestima o déficit hídrico e subestima S pois assume que (a) só é igual à evapotranspiração potencial quando ARM é igual à capacidade de armazenamento do solo (CAD); (b) M assume aumento linear entre nulo até a ; (ii) os métodos R e C apresentam estimativas de equivalentes; consequentemente, também apresentam estimativas equivalentes de e déficit hídrico. Porém, enquanto o método R assume aumento linear de na faixa de nulo até crítico, o método C assume variação sigmoidal (o que condiz mais com a realidade); (iii) o método de estimativa de evapotranspiração que melhor ajustou-se aos dados reais foi o de Penman e Monteith. Porém, quando apenas houver dados de temperatura disponíveis, recomenda-se a utilização do método de Thornthwaite; (iv) a capacidade de campo pode ser determinada experimentalmente com base no valor médio do potencial matricial ou umidade durante o período chuvoso; (v) para efeito de realização de balanço hídrico, a pode ser determinada com base na determinação prévia do ponto de murcha permanente (teor de água correspondente ao potencial matricial de -15 atm), profundidade efetiva do sistema radicular (profundidade do solo que contribui com 95% da evapotranspiração), com o coeficiente angular da reta igual a um; e (vi) a produtividade deplecionada por água da soja foi de 4279,7 kg ha-1, com uma quebra de 55% em relação à produtividade potencial. / The knowledge about soil water storage (ARM) is essential in agriculture mainly for crops of great agronomic importance. Polymer tensiometers are new instruments capable of measuring soil water tension in very dry soil conditions and perform measurements of soil matrix potential that can be use to calculate ARM. The aims of this study were: (i) to estimate ARM by the water balance estimation methods of Thornthwaite and Mather (M), Rijtema and Aboukhaled (R), and Cossenoidal (C), combined with crop evapotranspiration estimated by Thornthwaite, Penman and Penman-Monteith, in order to compare them with ARM values calculated from polymer tensiometer data; (ii) to estimate the water-depleted productivity of the soybean and compare it with observed data in a field experiment with a soybean crop. The experiment was conducted in Piracicaba, São Paulo State, Brazil, with tensiometers installed at 0.05; 0.15 and 0.3 m depths, representing 0-0.1; 0.1-0.2 and 0.2-0.4 m soil layers. The results show that: (i) the M method underestimates the actual evapotranspiration (ETa). Consequently, it overestimates the hydric deficit and underestimates ARM because it assumes that (a) ETa is only equal to the potential evapotranspiration when ARM is equal to the available soil water storage capacity (AWC); (b) M assumes a linear increase from null ARM until ; (ii) the R and C methods provide equivalent estimates of Eta; consequently, they also present equivalent estimates of ARM and hydric deficit. However, while R assumes a linear increase of Eta from null ARM until a critic ARM, C assumes a sigmoidal variation (which agrees more with reality); (iii) the best method of evapotranspiration estimative was M. However, when only temperature data is available, it is recommended to use the Thornthwaite method; (iv) the field capacity can be determined experimentally based on the average matric potential and moisture during the rainy season; (v) for calculating water balances, AWC can be determined based on the previous determination of the permanent wilting point (water content corresponding to the matric potential of -15 atm), effective depth of the root system (soil depth whichs contributes with 95% of the evapotranspiration), with the slope equal to one; and (iii) the water-depleted productivity of the soybeans was 4279.7 kg ha-1, 55% less than the potential productivity.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The detailed representation of hydrological processes involved in soil water balance and the little knowledge about the influences of tropical forests has acquired great importance for the efficient management of water resources and a better understanding of the hydrological cycle. Therefore, is necessary to use of techniques that allow monitoring and the representation of involved variables, represent in a possible closer way the natural environment. This work aimed to investigate the dynamics of soil hydrological processes and the determination of the most adequate time scale for determining the water balance, utilizing drainage lysimeters containing undisturbed soil, installed in native grassland compared with the native forest, representative of the Atlantic Forest biome under the climatic conditions of the southern Brazil. The monitoring of the variables rainfall, runoff and drainage was performed through electronic rain gauges and the soil water content was monitored by electronic tensiometers installed at different depths of 10, 30 and 70 cm inside the lysimeters. The results showed that due to interception of solar radiation, the native forest provides the formation of an internal microclimate differentiated in relation to the external environment of native grassland, resulting in a lower input energy and exerting significant influences on the processes involved in the water balance. This difference in climatic conditions combined with soil characteristics, allows the lysimeter installed in native forest presents highest soil water storage capacity of water, being observed higher water contents in the soil, at all depths, compared the condition of native grassland. Consequently, the lysimeter installed in the native forest maintains the drainage flows for longer time than the lysimeter installed in the native field, being the drainage process influenced by the season and the antecedent soil moisture. Regarding the runoff, it is observed that the volumes per event are greater in native grassland than in native forest. The water balance calculation based on data monitored in the lysimeters shows that average daily actual evapotranspiration was 36.93% higher than in the native grassland lysimeter compared to lysimeter installed inside the native forest, having significant difference between the two environments. The lysimeters used in this study as well as the methodologies adopted for monitoring hydrological variables involved in water balance, did not show satisfactory results for the determination of evapotranspiration in daily periods since they are not able to represent the observed lags in speed that different processes occur in the interior of the soil profile. The timescale for events showed to be the most appropriate in determining the water balance in relation to the daily period and decendial period. / A representação detalhada dos processos hidrológicos envolvidos no balanço hídrico do solo e o pouco conhecimento sobre a influência das florestas tropicais tem adquirido grande importância para uma gestão eficiente dos recursos hídricos e melhor compreensão do ciclo hidrológico. Para tanto, se faz necessário a utilização de técnicas que permitam o monitoramento e a representação das variáveis envolvidas, de forma mais próxima possível, ao ambiente natural. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo, investigar a dinâmica dos processos hidrológicos do solo e a determinação da escala temporal mais adequada para a determinação do balanço hídrico, utilizando lisímetros de drenagem, contendo em seu interior solo com estrutura não deformada, instalados em área de campo nativo e em área de mata nativa, representativa do bioma mata atlântica. O monitoramento das variáveis precipitação, escoamento superficial e drenagem foi realizado por meio de pluviógrafos eletrônicos e o conteúdo de água no solo foi monitorado por tensiômetros eletrônicos instalados nas profundidades de 10, 30 e 70 cm, no interior dos lisímetros. Os resultados demonstram que devido a interceptação da radiação solar, a vegetação de mata nativa proporciona a formação de um microclima interno diferenciado em relação ao ambiente externo de campo nativo, resultando em um menor aporte de energia e exercendo influências significativas sobre os processos hidrológicos envolvidos no balanço hídrico. Esta diferença nas condições climáticas aliadas as características do solo, permite que o lisímetro instalado na mata nativa apresente maior capacidade de armazenamento de água, sendo observados maiores conteúdos de água no solo, em todas as profundidades, quando comparado a condição de campo nativo. Em consequência, o lisímetro instalado na mata nativa mantem os fluxos subterrâneos de drenagem por mais tempo que o lisímetro instalado no campo nativo, sendo o processo de drenagem influenciado pela época do ano e conteúdo antecedente de água no solo. Quanto ao escoamento superficial, observa-se que os volumes escoados, por evento, são maiores no campo nativo do que na mata nativa. O cálculo do balanço hídrico com base nos dados monitorados nos lisímetros demonstra que a evapotranspiração real média diária foi 36,93% superior no lisímetro do campo nativo quando comparado ao lisímetro instalado no interior da mata nativa, havendo diferença significativa entre os dois ambientes. Os lisímetros utilizados neste estudo bem como, as metodologias adotadas para o monitoramento das variáveis hidrológicas envolvidas no balanço hídrico, não apresentaram resultados satisfatórios para a determinação da evapotranspiração em períodos diários já que não são capazes de representar as defasagens observadas na velocidade com que os diferentes processos ocorrem no interior do perfil do solo. A escala temporal por eventos mostrou ser a mais adequada na determinação do balanço hídrico em relação ao período diário e decêndial.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:33:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_clistenes_antonio_guadagnin.pdf: 835986 bytes, checksum: 25fc3a6cc44435c193b1e97429759ec7 (MD5) Previous issue date: 2013-09-23 / The family-based agriculture in the Western region of Santa Catarina State is characterized by a diversity of integrated crop-livestock systems, combining different uses and managements in a complex set of soil types. These systems can changes in their physical and hydrological properties and influence its physical qualities, including the capacity to storage of water available to crops. In the studied region, periods of water deficiencies frequently reduce the productivity of maize, the crop of major socioeconomic importance. This study complies a priority demand set in 2009 by Epagri UGT9 in the field of water resources management, focusing methods of catchment, storage and use of water in agriculture. Our goals were to analyze the changes in the soil's physical and hydrological properties in several production systems and the effects of water limitation on maize production. We analyzed the effect of land uses and management in the commonest soil types and on the readily available water storage and estimated the reduction in productivity due to water limitation in simulations, considering different seeding seasons. We conducted the research in 36 family-based properties in the West region of Santa Catarina State. We collected soil samples of three classes, in three land uses and management types, four properties and four soil layers (0-0.10, 0.10-0.20, 0.20-0.40 e 0.40-0.60 m), totaling 144 samples, following a factorial design. We used the software ISAREG to calculate the water balance according to the Penman-Monteith/FAO methodology and estimated the loss of maize productivity for the seasons 1989/90 to 2010/11, simulating 19 different seeding dates and three different maturation cycles. We concluded that (1) the changes in the soil's physical and hydrological properties due to the land uses and management didn't impair the physical quality of the soils in the region; (2) the managements of minimum tillage, direct seeding and permanent pastures didn't affected the readily available water storage; (3) that, otherwise, the variations in water storage were influenced by the soil classes; (4) the mean content of readily available water storage was 31.4 and 49.6% higher in Cambissoils, comparing respectively with Latossoils and Nitossoils in the minimum tillage system; (5) the ISAREG model estimated a mean reduction of maize productivity of 25.1%; (6) the highest loss was for August seeding and the lowest for seeding in January and February, varying up to 3.9% among maturation cycles evaluated; (7) the ISAREG model was appropriate to estimate the loss in productivity, but overestimates the loss when Etr / Etc-1 rate is greater than 0.8; (8) there is a 50% probability of maize productivity losses of 25% in the evaluated seasons for the western region of Santa Catarina. / A agricultura familiar do Extremo Oeste Catarinense se caracteriza por diversificados sistemas de integração lavoura-pecuária, combinando diferentes usos e manejos em distintas classes de solos. Estes sistemas podem provocar alterações nas propriedades físico-hídricas e influenciar a qualidade física do solo e o armazenamento de água disponível para as plantas. Nesta região os períodos de deficiência hídrica frequentemente reduzem a produtividade do milho, principal cultura de importância socioeconômica. O estudo justifica-se em função da demanda definida em 2009 pela Epagri UGT9 na área de gestão de recursos hídricos com ênfase em metodologias de captação, armazenamento, utilização/reuso da água na agricultura. O objetivo do trabalho foi gerar informações sobre as alterações nas propriedades físico-hídricas do solo nos diversificados sistemas de produção da região e avaliar os impactos da deficiência hídrica sobre a redução de produtividade do milho. Neste sentido avaliaram-se os efeitos de diferentes usos e manejos nas classes predominantes de solos sobre o armazenamento de água facilmente disponível e estimou-se a redução de produtividade devido à deficiência hídrica através de simulações de épocas de semeadura. A pesquisa foi desenvolvida em 36 estabelecimentos de agricultores familiares da região do Extremo Oeste Catarinense. Amostras de solo de cada classe e sistema de uso e manejo foram coletadas em quatro estabelecimentos, em quatro camadas (0-0,10, 0,10-0,20, 0,20- 0,40 e 0,40-0,60 m), totalizando 144 amostras (3 solos x 3 usos e manejos x 4 camadas x 4 estabelecimentos), seguindo um delineamento fatorial. Através do modelo ISAREG calculou-se o balanço hídrico decendial baseado na metodologia Penman-Monteith/FAO, e estimou-se a redução de produtividade do milho para o período 1989/90 a 2010/11, simulada para dezenove datas de semeadura e três ciclos de maturação. Os resultados obtidos permitem concluir que: as alterações nas propriedades físico-hídricas devido aos usos e manejos não comprometeram a qualidade física dos solos da região do Extremo Oeste Catarinense; os manejos em cultivo mínimo, semeadura direta e uso de pastagem perene não afetaram o armazenamento de água facilmente disponível, porém as variações foram influenciadas pelas classes de solos; o conteúdo médio de armazenamento de água facilmente disponível foi 31,4 e 49,6% superior no Cambissolo, respectivamente em relação ao Latossolo e Nitossolo no manejo em cultivo mínimo; o modelo ISAREG estimou uma redução de produtividade média de 25,1%; a maior redução ocorre na semeadura de agosto e a menor nas semeaduras entre janeiro e fevereiro, com variação de até 3,9% entre os ciclos de maturação avaliados; o modelo ISAREG é apropriado para estimar a redução de produtividade, porém superestima seu valor quando a razão Etr Etc-1 é maior que 0,8; há 50% de probabilidade de ocorrer redução de 25% na produtividade de milho nas épocas avaliadas na região do Extremo Oeste Catarinense.