A detecção de mudanças no uso e na cobertura do solo pode ser considerada a função do sensoriamento remoto que agrega uma dimensão temporal à análise das informações contidas nas imagens. Ao confrontá-las duas a duas, para identificar, localizar e qualificar as transformações que ocorreram na cobertura e no uso do solo em determinados espaço e tempo, através das respostas espectrais registradas nos pares de pixels homólogos quando aplicados limiares que permitam distinguir entre a mudança e a não mudança. A análise ponto a ponto, ou instante a instante permite inferir sobre a quantidade e qualidade das mudanças detectadas em uma região durante um determinado período. Já a análise comparativa entre dois ou mais destes resultados, utilizando uma série temporal de imagens, permite inferir acerca da dinâmica das transformações em vários outros aspectos; como topologia, intensidade, tipo de mudança (substituição ou conversão) e taxa de mudança. São várias as técnicas disponíveis para a detecção de mudanças no uso e cobertura do solo a partir de imagens digitais, obtidas por sensores orbitais, dois grandes grupos podem ser propostos: técnicas de pré-classificação e de pós-classificação, diferindo fundamentalmente sobre quais produtos são aplicados os limiares da detecção das mudanças, se sobre produtos temáticos da classificação de imagens, ou se sobre imagens diretamente. Este trabalho utiliza técnicas de detecção baseadas em subtração de imagens de ambos os grupos, especificamente, a pós-classificação por máxima verossimilhança e da pré-classificação, por Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) e por Transformada Kauth-Thomas (KT), nesse caso o componente de verdor. Visa avaliar a sensibilidade e adequação destas técnicas para a análise das transformações ocorridas no uso e da cobertura do solo durante os dois períodos de comparação: 1988 a 2001 e 2001 a 2006 e no conjunto dos 18 anos, na captação das tendências das transformações deste ambiente da Campanha Sul do Estado do Rio Grande do Sul, que é majoritariamente rural, muito dinâmico e bastante heterogêneo. Considerando que durante o período abrangido neste trabalho, grandes fazendas tradicionais de pecuária, em um primeiro momento, foram convertidas para agricultura familiar através da criação intensiva de assentamentos da reforma agrária, ocorrida entre a metade dos anos 80 e a metade dos anos 90, mais recentemente, substituídas por plantios florestais da indústria do papel. Os resultados permitiram confrontar os tratamentos e verificar as acurácias das detecções e identificar as principais dificuldades, em especial, o efeito da fenologia nas diversas fases em que se apresentam nas substituições florestais de ciclos longos. A dificuldade da técnica KT, em lidar com plantios semi-perenes e perenes, a impossibilidade de se considerar áreas cobertas em algum momento por nuvens. Por fim, corrobora com a inviabilidade do estabelecimento a priori da melhor técnica, ou mesmo, daquela mais acurada, sem que sejam considerados plenamente os objetivos, a escala, a natureza do ambiente analisado e as classes de mudança estabelecidas para o trabalho, além da qualidade das imagens disponíveis. / The detection of alterations in land use and cover can be considered as being an operation in Remote Sensing which adds a time dimension to the analysis of information in images. This is done when images are compared, by groups of two, at certain space and time looking for spectral responses stored in pairs of homologous pixels, through the application of thresholds which lead to the differentiation between change and non-change. A point-to-point, or instant-to-instant analysis, permits to infer on the amount and quality of alterations detected in a region, during a certain period. The comparative analysis between two or more of these results, via a time series of images, informs on the dynamics of transformations in other aspects, as topology, intensity, kind of change (substitution or conversion), and change rate. Several techniques are available to detect alterations in land use and cover, from digital images collected by orbital sensors. Two larger groups can be highlighted: preclassification techniques, and post-classification techniques. They differ basically on over which products the thresholds defining changes are applied, these products being either thematic ones for image classification, or the image itself. This work uses detection techniques based on image subtraction of both groups. Pre-classification uses the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and the Kauth-Thomas Transform (KT), the green index in this last case. Post-classification uses the Maximum Likelihood. The objective is to estimate the sensitivity and adequacy of these techniques for the detection and analysis of changes in land use and cover during two comparison periods: the first one is from 1988 to 2001; the second, from 2001 to 2006. Besides, the whole 18-years period is studied to detect tendencies of the transformation of the region. The study area is at the Campanha Sul region, at Rio Grande do Sul State Brazil. It is largely rural, heterogeneous and dynamic, since during the period covered (1988-2006) large estates where either converted into smaller properties, family-managed; though an intensive policy of agrarian reform (from the mid-eighties to the mid-nineties), or, more recently, by industrial-style cultures of forests to serve the paper industry. The results allowed comparing the different treatments and to verify the accuracy of detections. The main difficulties were the phonological cycles, the various phases of long-cycle artificial forests, the limitations of the KT technique to handle semi-perennial cultures, and cloud-covered areas. It was not possible to clearly define the better or more accurate technique; this definition depends of specific objectives, of the scale and nature of the study region, and of the classes of change being analyzed, besides of the quality of available images.

Modelos matemáticos de predição de erosão e de produção de sedimentos apresentam um grande potencial para serem utilizados no planejamento dos recursos naturais, pois através destes é possível estimar impactos causados pelas atividades agrícolas. Com base nessa premissa, utilizou-se o modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool), em uma pequena bacia rural (1,19 km²) localizada no município de Arvorezinha-RS, para avaliar a sua aplicabilidade e simular a produção de sedimentos em três diferentes cenários de uso e manejo de solo (floresta, cultivo do fumo em sistema convencional e mínimo). A aplicabilidade do modelo foi avaliada através da comparação dos resultados hidrológicos e sedimentológicos simulados pelo modelo, sem utilização da calibração, com valores observados obtidos para uma série de dados de cinco anos de monitoramento hidrossedimentológico (2002-2006). Resultados referentes à aplicabilidade do modelo através da simulação do escoamento superficial para a escala de tempo diário não foram satisfatórios, enquanto que valores mensais e anuais foram mais adequados. Para a vazão líquida, da mesma forma que para o escoamento superficial, as melhores simulações foram verificadas também para vazões mensais e anuais. Já a produção de sedimentos os resultados não foram satisfatórios, tanto para simulações diárias como mensais e anuais. Possíveis razões que explicam os resultados da produção de sedimentos estão relacionados com limitações tanto da equação que simula o aporte de sedimentos (MUSLE), como do equacionamento da propagação dos sedimentos no canal. Os resultados das simulações hidrológicas para diferentes cenários mostraram não haver diferença para o escoamento superficial entre os sistemas convencional e o cultivo mínimo. Em relação à erosão, verificou-se que o cultivo mínimo foi capaz de reduzir em 30% a produção de sedimentos quando comparado com o sistema convencional. / Mathematical models to predict erosion and sediment yield have great potential for use in natural resource planning, as they enable the user to estimate impacts caused by agricultural activities. Based on this premise, the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool) was applied in a small rural catchment (1,19 km²) in Arvorezinha - RS, in Southern Brazil, to evaluate its applicability and to estimate sediment yield under three different soil management scenarios: forest, conventional tillage with tobacco, and minimum tillage with tobacco. The applicability of the model was evaluated by comparing hydrologic and sediment results simulated by the uncalibrated model with observed values obtained over the course of five years (2002-2006) monitoring program. Applicability results for the model based on simulating surface runoff were unacceptable for the daily time scale, although results for monthly and annual time scales were better. This was also true for flow rate, with better simulations on the monthly and annual time scales. However for sediment yield simulations, the SWAT model did not present satisfactory results over any time frame. This may be related to limitations in the equation that simulates sediment load (MUSLE) or to the equivalency of sediment propagation in the canal. Hydrologic simulations for the different soil management scenarios did not show differences in surface runoff between conventional and minimum tillage, although the minimum tillage was shown to reduce sediment yield by 30% when compared with conventional tillage.

Made available in DSpace on 2010-04-20T20:56:55Z (GMT). No. of bitstreams: 4 Fernando_Cardoso_Cotelo.pdf.jpg: 18409 bytes, checksum: 305487a192a8f9c6b783f1343f51338d (MD5) Fernando_Cardoso_Cotelo.pdf.txt: 238742 bytes, checksum: 1b16470a9b7a409ef1cbb0776b0e3e01 (MD5) Fernando_Cardoso_Cotelo.pdf: 3551637 bytes, checksum: 11a0005aa12c54e9827880d6ef59dd8b (MD5) license.txt: 4884 bytes, checksum: 397f4c3ce8a3dbd04513fe2557f2e3ad (MD5) Previous issue date: 2009-01-14T00:00:00Z / This doctoral dissertation is a research on the production of low-income housing in a context of a revitalizing programme for the central districts of São Paulo. The argument revisits the mainstream urban microeconomic approach and confronts it with an alternative theoretical approach. To this purpose, in order to access the extension and geographical pattern of degradation, a field study was conducted through actual observation of underoccupied real estate traits and their identification in satellite images as well as data treatment using geographical information systems. The data corroborate the plausibility of the alternative approach and indicate some of the local socioeconomic characteristics that contribute to the present state of degradation. The data analysis then suggests factors that may have lead to the poor performance of the low-income housing production programme in the larger downtown revitalization agenda. / Esta tese de doutorado estuda a produção de unidades habitacionais para famílias de baixa renda coordenada com o programa de revitalização da região central do município de São Paulo. O estudo recupera o discurso da teoria microeconômica tradicional aplicada a estudos urbanos e o contrapõe a um discurso alternativo. Foi criada uma base de dados original na forma de um levantamento dos imóveis subutilizados nos distritos Sé e República a partir de visitas a campo, com observações diretas dos imóveis e utilizando técnicas de identificação por imagens de satélite e sistemas de geoprocessamento para avaliar a extensão e os padrões da degradação imobiliária. Os resultados da análise do banco de dados demonstram a plausibilidade do discurso alternativo e apontam para alguns fatores significativos que contribuem para o atual estado de degradação. Retoma-se então a análise da política de repovoamento da região central por meio de um programa de moradias para famílias de baixa renda e mostra-se como as técnicas empregadas permitem avaliar as razões para o baixo desempenho dessa agenda política no contexto de um amplo programa de revitalização urbana.

The district of Monte Bonito in Pelotas was the only one among the districts that make up the municipality, which had a substantial population increase recorded in the census conducted by IBGE in 2010. This observation makes this area is analyzed for its occupation, especially over a given period. Thus, the temporal-spatial analysis has great relevance in this study, because it shows clearly the dynamics of occupation in the four periods chosen (1985, 1993, 2004 and 2011). As a result the effective study clearly demonstrated the occupancy of permanent protection areas over this period, through studies of remote sensing and GIS, in which there were four classes of use, namely, forestry, culture, exposed soil, woods and bodies of 'water. The cartographic material produced in research allows to reach some important considerations such as the determination of areas of permanent protection and its use and occupation by man. The practical result of this initial step has listed throughout the district areas of fitness and restrictions on certain uses. The work was guided primarily by federal law 1965 (4771/65) that discusses the forest code hitherto practiced in the country. The most striking analysis concerns the way that the PPAs were being treated, never respected in his integrity. Evidence thus a practice that probably occurs throughout the national territory. The dynamics presented in these 26 years of study clearly points out the change of use predominantly occupied by uses in fields related to agriculture. In the period covered by the study showed also that water resources are protected areas in their occupation by agricultural activities. In the same period there was a decrease of regular occupations on the slopes with a slope greater than 45 ° and a slight regeneration of native forests. The work points to a horizon in which the field of agricultural landscape in the study area is best managed with constant monitoring of direct actions by the public administration. / O distrito de Monte Bonito no município de Pelotas foi o único, dentre os distritos que compõem o município, que teve um substancial aumento populacional verificado no censo realizado pelo IBGE em 2010. Esta observação faz com que este território seja analisado quanto a sua ocupação, sobretudo ao longo de um determinado período. Desta forma, as análises multi-temporais têm grande relevância neste estudo, pois apresenta de modo claro a dinâmica de ocupação nas quatro épocas escolhidas (1985, 1993, 2004 e 2011). Como resultado efetivo o estudo demonstrou claramente a ocupação das áreas de preservação permanente ao longo deste período, mediante estudos de sensoriamento remoto e geoprocessamento, em que foram utilizadas quatro classes de uso, a saber, reflorestamento, cultura, solo exposto, mata e corpos d água. O material cartográfico produzido na pesquisa permite chegar a algumas considerações importantes como, por exemplo, a determinação das áreas de preservação permanente e seu uso e ocupação pelo homem. O resultado prático deste passo inicial elencou em todo o território do distrito áreas de aptidão e restrições quanto a certos usos. O trabalho foi norteado principalmente pela lei federal de 1965 (4771/65) que discorre sobre o código florestal até então praticado no território nacional. A análise mais marcante diz respeito ao modo que as APP vinham sendo tratadas, nunca respeitadas na sua integridade. Evidencia assim uma prática que provavelmente ocorra em todo o território nacional. A dinâmica apresentada nestes 26 anos de estudo aponta claramente a mudança de uso predominantemente ocupada por campos por usos ligados a agricultura. No período compreendido pelo estudo ficou evidenciado também que os recursos hídricos têm em suas áreas de preservação a ocupação por atividades agrícolas. No mesmo período houve diminuição de ocupações regulares nas encostas com inclinação acima de 45º e uma leve regeneração das matas nativas. O trabalho aponta para um horizonte em que o domínio da paisagem agrícola na área de estudo seja melhor gerido com ações direta de monitoramento constantes pelo poder público.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The aim of this study was to analyze the hydrological behavior of a watershed with intense agricultural activity based on rainfall, water discharge and suspended sediment concentration data. The study provides an analysis based on monitoring and modeling techniques with special emphasis to the water infiltration estimate at catchment scale, the runoff modeling and processes of suspended sediment transfer from hillslopes to fluvial channel. The experimental catchment is located in the central-north part of Rio Grande do Sul State, Brazil, with a drainage area of 1.19 km2, which is characterized by shallow soils, steep hillslopes, tobacco cultivation and high sediment yield. Besides the daily and monthly data, the study focuses on 77 rainfall-runoff-sediment events from September 2009 to August 2011. For this data series were used three different models, they being the infiltration model based on hietogramas and hydrographs analysis, curve number model and LISEM model, both with analysis on the estimate infiltration and the runoff. The obtained result for this watershed indicated that: a) the empirical and simple model for infiltration and surface runoff estimation had a fine adjustment with the observed data from the hietograms and hydrograms, b) LISEM model calibration was able to describe the spatial and temporal infiltration variability and surface runoff in a watershed scale. These results contribute for a better understanding of hidrosedimentological processes in a watershed scale, indicating that the use of erosion and sediment yield mathematical modeling tools is efficient for practical indications of soil use and management for reducing environmental and economical problems resulted from runoff and erosion. / O objetivo do trabalho foi analisar o comportamento hidrológico de uma bacia hidrográfica com intensa atividade agrícola a partir do monitoramento da precipitação, da vazão e da concentração de sedimentos em suspensão. O estudo apresenta uma análise baseada em técnicas de monitoramento e de modelagem matemática com especial atenção à estimativa da infiltração de água no solo em escala de bacia, na modelagem do escoamento superficial, e nos processos de transferência de sedimentos da bacia vertente para o canal fluvial. A bacia experimental está localizada no município de Arvorezinha, região centro-norte do estado do RS. A bacia possui uma área de drenagem de 1,19 km2, com predomínio de solos rasos, encostas declivosas, intensa atividade agrícola, e elevada produção de sedimentos. Foram monitorados 77 eventos de chuva-vazão-sedimentos ocorridos entre setembro de 2009 e agosto de 2011. Para este conjunto, foram aplicados três diferentes modelos, sendo eles o modelo de infiltração baseado na análise de hietogramas e hidrogramas, modelo curva-número e o modelo LISEM, ambos com análise da estimativa da infiltração e do escoamento superficial. Os resultados obtidos para esta bacia indicaram que: a) um modelo empírico e simples de estimativa da infiltração e escoamento superficial obteve um bom ajuste com os dados observados a partir do conjunto de hietogramas e hidrogramas, b) a calibração do modelo LISEM foi capaz de descrever a variabilidade espacial e temporal da infiltração e do escoamento superficial na escala de bacia. Estes resultados contribuem para a melhor compreensão dos processos hidrossedimentológicos em escala de bacia hidrográfica, indicando que o uso de ferramentas de modelagem matemática da erosão e da produção de sedimentos é eficiente para a indicação de práticas de uso e manejo do solo para a redução dos problemas econômicos e ambientais ocasionados pelas enxurradas e pela erosão.

O estudo investiga a dinâmica da transformação intra-urbana sob o enfoque teórico da auto-organização, explorando a possibilidade de existência de padrões espaço-temporais no fenômeno de alocação de tipologias funcionais (estoques construídos e atividades) ao longo de um século, no bairro Santana de Porto Alegre- RS-Brasil. A transformação das tipologias funcionais e a auto-regulação do fenômeno locacional são estudadas sob o enfoque da aleatoriedade envolvida nas localizações espaciais das variáveis tipológicas dentro de uma rede espacial de estrutura viária consolidada, permitindo, desta forma, identificar regras microespaciais que estabeleçam conversões entre as tipologias funcionais ao longo do tempo. Parte-se da hipótese básica de que o fenômeno de alocação das unidades de forma construída e atividades abastecem-se da informação contida no cenário urbano presente para o estabelecimento locacional futuro, ou seja, a alocação de uma tipologia funcional em um lote depende do estado tipológico alocado neste lote no período imediatamente anterior. O estudo investiga a dinâmica da transformação intra-urbana sob o enfoque teórico da auto-organização, explorando a possibilidade de existência de padrões espaço-temporais no fenômeno de alocação de tipologias funcionais (estoques construídos e atividades) ao longo de um século, no bairro Santana de Porto Alegre- RS-Brasil. A transformação das tipologias funcionais e a auto-regulação do fenômeno locacional são estudadas sob o enfoque da aleatoriedade envolvida nas localizações espaciais das variáveis tipológicas dentro de uma rede espacial de estrutura viária consolidada, permitindo, desta forma, identificar regras microespaciais que estabeleçam conversões entre as tipologias funcionais ao longo do tempo. Parte-se da hipótese básica de que o fenômeno de alocação das unidades de forma construída e atividades abastecem-se da informação contida no cenário urbano presente para o estabelecimento locacional futuro, ou seja, a alocação de uma tipologia funcional em um lote depende do estado tipológico alocado neste lote no período imediatamente anterior. A espacialização das regras de transição no ArcView Gis 3.3 representa a ultima etapa do modelo e permite a validação do método proposto, através da comparação dos locais com maior probabilidade de mudança apresentados pelo modelo com os locais onde de fato ocorreram as conversões entre os tipos de unidades de forma construída e atividades. Nesta etapa também são possíveis diferentes explorações como a predição de estados futuros, descrição de diferentes tipos de comportamentos entre os diferentes tipos de estoques e atividades, e inferência de zonas mais ou menos instáveis às transformações. A investigação demonstra que o estado tipológico atual condensa toda a história sistêmica definindo a qualidade de markovicidade ao fenômeno locacional, possibilitando a inferência de possíveis estados futuros e patamares de estabilidade sistêmica através dos padrões comportamentais estabelecidos dentro da rede espaço-temporal. O estudo amplia o conhecimento a respeito do fenômeno locacional e colabora para o desenvolvimento de modelos aplicados ao planejamento urbano, dirigidos para a gestão do uso do solo e da qualidade ambiental urbana. / The study investigates the dynamics of intra-urban transformation using the theoretical perspective of self-organization and exploring the possibility of space-time patterns in the phenomenon of built form change in the span of a century in Porto Alegre, Brazil. The succession of built form and the self-regulation of the locational phenomenon are both studied by the perspective of the randomness of the spatial positioning of typological variables in a spatial network with consolidated road infrastructure. This allows for the identification of micro-spatial rules which establish conversions among the built form units throughout time. The basic hypothesis is that the phenomenon of built form allocation feeds from the information contained in the urban scenario for future locational establishment. Therefore, the allocation of a built form unit in one lot depends on the typological state of the lot in the period immediately before. The investigation of these space-time patterns is undertaken using the investigative method based on the structural representation of the physical base of the lot network (through the Graph Theory), exploring the behaviour of the built form types in time (through the Markov Chains) and inferring about the self-regulation of the systems (using Kolmogorov Entropy and Shannon Information measures). From this description, one can obtain the transaction matrices of each corresponding time period between two decades, reaching a total of nine matrices and three medium matrices, representing the behaviour of the system’s locational phenomenon in three separate phases. The limitations regarding the spatial response of the markovian model are overcome through the spatialization of the transition rules in the irregular cellular network through the program ArcView Gis 3.3. The rules are obtained through conditional transition matrices built from the temporal dependence of the state of the lot in time t+1 with its state in time t and with the state of its neighbors in time t. The spatialization of the transition rules in ArcView Gis 3.3 represents the final stage of the model and allows the validation of the method proposed through the comparison of the locations with higher probability of change presented by the model with the locations where there were in fact conversions between types of built units and activities. In this stage, different explorations are also made possible through the prediction of future states, description of different types of behaviors among the different types of stocks and activities and the inference of zones that are more or less unstable regarding transformations. The study increases the comprehension of the locational phenomenon and collaborates for the development of models applied to urban planning directed towards the management of soil use and urban environmental quality. The investigation demonstrates that the current typological state condenses all the systemic history, granting the locational phenomenon the quality of markovicity, thus allowing the inference of possible future states and systemic stability platforms through the behavioural patterns established in the space-time network.

A detecção de mudanças no uso e na cobertura do solo pode ser considerada a função do sensoriamento remoto que agrega uma dimensão temporal à análise das informações contidas nas imagens. Ao confrontá-las duas a duas, para identificar, localizar e qualificar as transformações que ocorreram na cobertura e no uso do solo em determinados espaço e tempo, através das respostas espectrais registradas nos pares de pixels homólogos quando aplicados limiares que permitam distinguir entre a mudança e a não mudança. A análise ponto a ponto, ou instante a instante permite inferir sobre a quantidade e qualidade das mudanças detectadas em uma região durante um determinado período. Já a análise comparativa entre dois ou mais destes resultados, utilizando uma série temporal de imagens, permite inferir acerca da dinâmica das transformações em vários outros aspectos; como topologia, intensidade, tipo de mudança (substituição ou conversão) e taxa de mudança. São várias as técnicas disponíveis para a detecção de mudanças no uso e cobertura do solo a partir de imagens digitais, obtidas por sensores orbitais, dois grandes grupos podem ser propostos: técnicas de pré-classificação e de pós-classificação, diferindo fundamentalmente sobre quais produtos são aplicados os limiares da detecção das mudanças, se sobre produtos temáticos da classificação de imagens, ou se sobre imagens diretamente. Este trabalho utiliza técnicas de detecção baseadas em subtração de imagens de ambos os grupos, especificamente, a pós-classificação por máxima verossimilhança e da pré-classificação, por Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) e por Transformada Kauth-Thomas (KT), nesse caso o componente de verdor. Visa avaliar a sensibilidade e adequação destas técnicas para a análise das transformações ocorridas no uso e da cobertura do solo durante os dois períodos de comparação: 1988 a 2001 e 2001 a 2006 e no conjunto dos 18 anos, na captação das tendências das transformações deste ambiente da Campanha Sul do Estado do Rio Grande do Sul, que é majoritariamente rural, muito dinâmico e bastante heterogêneo. Considerando que durante o período abrangido neste trabalho, grandes fazendas tradicionais de pecuária, em um primeiro momento, foram convertidas para agricultura familiar através da criação intensiva de assentamentos da reforma agrária, ocorrida entre a metade dos anos 80 e a metade dos anos 90, mais recentemente, substituídas por plantios florestais da indústria do papel. Os resultados permitiram confrontar os tratamentos e verificar as acurácias das detecções e identificar as principais dificuldades, em especial, o efeito da fenologia nas diversas fases em que se apresentam nas substituições florestais de ciclos longos. A dificuldade da técnica KT, em lidar com plantios semi-perenes e perenes, a impossibilidade de se considerar áreas cobertas em algum momento por nuvens. Por fim, corrobora com a inviabilidade do estabelecimento a priori da melhor técnica, ou mesmo, daquela mais acurada, sem que sejam considerados plenamente os objetivos, a escala, a natureza do ambiente analisado e as classes de mudança estabelecidas para o trabalho, além da qualidade das imagens disponíveis. / The detection of alterations in land use and cover can be considered as being an operation in Remote Sensing which adds a time dimension to the analysis of information in images. This is done when images are compared, by groups of two, at certain space and time looking for spectral responses stored in pairs of homologous pixels, through the application of thresholds which lead to the differentiation between change and non-change. A point-to-point, or instant-to-instant analysis, permits to infer on the amount and quality of alterations detected in a region, during a certain period. The comparative analysis between two or more of these results, via a time series of images, informs on the dynamics of transformations in other aspects, as topology, intensity, kind of change (substitution or conversion), and change rate. Several techniques are available to detect alterations in land use and cover, from digital images collected by orbital sensors. Two larger groups can be highlighted: preclassification techniques, and post-classification techniques. They differ basically on over which products the thresholds defining changes are applied, these products being either thematic ones for image classification, or the image itself. This work uses detection techniques based on image subtraction of both groups. Pre-classification uses the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and the Kauth-Thomas Transform (KT), the green index in this last case. Post-classification uses the Maximum Likelihood. The objective is to estimate the sensitivity and adequacy of these techniques for the detection and analysis of changes in land use and cover during two comparison periods: the first one is from 1988 to 2001; the second, from 2001 to 2006. Besides, the whole 18-years period is studied to detect tendencies of the transformation of the region. The study area is at the Campanha Sul region, at Rio Grande do Sul State Brazil. It is largely rural, heterogeneous and dynamic, since during the period covered (1988-2006) large estates where either converted into smaller properties, family-managed; though an intensive policy of agrarian reform (from the mid-eighties to the mid-nineties), or, more recently, by industrial-style cultures of forests to serve the paper industry. The results allowed comparing the different treatments and to verify the accuracy of detections. The main difficulties were the phonological cycles, the various phases of long-cycle artificial forests, the limitations of the KT technique to handle semi-perennial cultures, and cloud-covered areas. It was not possible to clearly define the better or more accurate technique; this definition depends of specific objectives, of the scale and nature of the study region, and of the classes of change being analyzed, besides of the quality of available images.

Modelos matemáticos de predição de erosão e de produção de sedimentos apresentam um grande potencial para serem utilizados no planejamento dos recursos naturais, pois através destes é possível estimar impactos causados pelas atividades agrícolas. Com base nessa premissa, utilizou-se o modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool), em uma pequena bacia rural (1,19 km²) localizada no município de Arvorezinha-RS, para avaliar a sua aplicabilidade e simular a produção de sedimentos em três diferentes cenários de uso e manejo de solo (floresta, cultivo do fumo em sistema convencional e mínimo). A aplicabilidade do modelo foi avaliada através da comparação dos resultados hidrológicos e sedimentológicos simulados pelo modelo, sem utilização da calibração, com valores observados obtidos para uma série de dados de cinco anos de monitoramento hidrossedimentológico (2002-2006). Resultados referentes à aplicabilidade do modelo através da simulação do escoamento superficial para a escala de tempo diário não foram satisfatórios, enquanto que valores mensais e anuais foram mais adequados. Para a vazão líquida, da mesma forma que para o escoamento superficial, as melhores simulações foram verificadas também para vazões mensais e anuais. Já a produção de sedimentos os resultados não foram satisfatórios, tanto para simulações diárias como mensais e anuais. Possíveis razões que explicam os resultados da produção de sedimentos estão relacionados com limitações tanto da equação que simula o aporte de sedimentos (MUSLE), como do equacionamento da propagação dos sedimentos no canal. Os resultados das simulações hidrológicas para diferentes cenários mostraram não haver diferença para o escoamento superficial entre os sistemas convencional e o cultivo mínimo. Em relação à erosão, verificou-se que o cultivo mínimo foi capaz de reduzir em 30% a produção de sedimentos quando comparado com o sistema convencional. / Mathematical models to predict erosion and sediment yield have great potential for use in natural resource planning, as they enable the user to estimate impacts caused by agricultural activities. Based on this premise, the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool) was applied in a small rural catchment (1,19 km²) in Arvorezinha - RS, in Southern Brazil, to evaluate its applicability and to estimate sediment yield under three different soil management scenarios: forest, conventional tillage with tobacco, and minimum tillage with tobacco. The applicability of the model was evaluated by comparing hydrologic and sediment results simulated by the uncalibrated model with observed values obtained over the course of five years (2002-2006) monitoring program. Applicability results for the model based on simulating surface runoff were unacceptable for the daily time scale, although results for monthly and annual time scales were better. This was also true for flow rate, with better simulations on the monthly and annual time scales. However for sediment yield simulations, the SWAT model did not present satisfactory results over any time frame. This may be related to limitations in the equation that simulates sediment load (MUSLE) or to the equivalency of sediment propagation in the canal. Hydrologic simulations for the different soil management scenarios did not show differences in surface runoff between conventional and minimum tillage, although the minimum tillage was shown to reduce sediment yield by 30% when compared with conventional tillage.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The Central Depression is an area with sedimentary rocks, presenting a large variety of soils. In highlands Alfisols are found, whereas in lowlands Planosols and Endoaqualf. The morphological, physical and chemical characteristics define the ability of the use and management of theses soils. In the Alfisols, grain production in no-till system is a very common practice. The Endoaqualfs, because of its hydromorphic characteristics, are used for rice cultivation. In general, the agricultural use changes the soil properties. With the intention to analyze the effect of agricultural use on soil properties two studies were performed: (1) Physico-hydraulic and mechanical behavior of an Endoaqualf under different uses; (2) Soil physico-hydraulic and mechanical properties and chisel energy demand in a compacted Alfisol. Both soils are located in the experimental area of de Soil Department of the UFSM. The objective of the first study was to identify the influence of the soil use with irrigated rice in the physico-hydraulic and mechanical properties when compared to the soil maintained without agricultural use. In the second study, were evaluated the effect of soil compaction on its physicohydraulic and mechanical properties and on chisel energy demand, and to quantify the behavior of these properties below the chisel working depth. For both studies, the particle size, bulk density, porosity and soil compressibility were determined. In the first study the water retention curve was also determined. In the second study the soil resistance to mechanical penetration, the hydraulic conductivity, the area and mobilized volume and the efforts required by the chisel were also determined. The agricultural use affected the physical quality of the Endoaqualf, increasing the bulk density and reducing the macroporosity values, without cause, however, larger changes in total porosity and microporosity when compared with the treatments maintained without agricultural use. The compression index was significantly influenced by the soil bulk density, initial degree of saturation, silt content, silt + clay content and total organic carbon content, while the preconsolidation stress was not significantly affected by the soil properties evaluated. The soil use with irrigated rice did not alter the preconsolidation stress and the compression index when compared the condition of absence of agricultural use. In the second study, compaction increased both soil the bulk density and resistance to mechanical penetration, reducing the total porosity and the macroporosity, without causing significant effects in microporosity. The traffic of the 10 Mg loader reduced the susceptibility to compaction and increased the load bearing capacity to a depth of 0.20 m. The compaction increased the chisel energy demand in 21,64%, increasing the mean value of traction effort from 5,33 kN to 6,35 kN. Soil chiseling did not increase soil compaction below the chisel working depth in the Alfisol. The use of soil, generally, change the physico-hydraulic and mechanical properties, and these changes are dependent on the soil properties, mainly, how much and under what conditions the soil is used and managed. / A Depressão Central é uma área com rochas sedimentares diversas, apresentando grande variedade de solos. Nas coxilhas são encontrados Argissolos, enquanto que nas várzeas, Planossolos e Gleissolos. As características morfológicas, físicas e químicas definem aptidões quanto ao uso e ao manejo dessas classes de solo. Nos Argissolos, a produção de grãos sob o sistema de semeadura direta é uma prática bastante difundida. Os Gleissolos, pelas suas características hidromórficas, são aptos ao cultivo de arroz irrigado. De maneira geral, o solo mantido em estado natural apresenta características físicas adequadas ao desenvolvimento normal das plantas. No entanto, o uso agrícola altera, normalmente, as propriedades do solo. Com o intuito de analisar o efeito do uso agrícola no solo, foram realizados dois estudos: (1) Comportamento físico-hídrico e mecânico de um Gleissolo Háplico sob diferentes usos; (2) Propriedades físico-hídricas e mecânicas e demanda energética requerida pela haste escarificadora em Argissolo Vermelho-Amarelo sob compactação adicional. Ambos os solos estão localizados na área experimental do Departamento de Solos da UFSM. O primeiro estudo objetivou identificar a influência do uso do solo com cultivo de arroz irrigado nas propriedades físico-hídricas e mecânicas, quando comparado ao solo mantido sem uso agrícola. No segundo estudo, avaliou-se o efeito da compactação nos atributos físico-hídricos e mecânicos e na demanda energética solicitada pela haste escarificadora e analisou-se o comportamento das propriedades físico-hídricas e mecânicas abaixo da profundidade de trabalho da haste escarificadora. Para ambos os estudos, foram realizadas as determinações de granulometria, densidade, porosidade e compressibilidade do solo. No primeiro estudo, foi determinada ainda a curva de retenção de água. No segundo estudo, avaliou-se ainda a resistência mecânica à penetração, a condutividade hidráulica saturada, a área e volume mobilizado e esforços solicitados à haste escarificadora. O uso agrícola afetou a qualidade física do Gleissolo Háplico em estudo, elevando os valores de densidade e reduzindo os valores de macroporosidade, sem causar, porém, maiores alterações na porosidade total e na microporosidade, quando comparado ao tratamento mantido sem uso agrícola. O índice de compressão foi significativamente influenciado pela densidade do solo, grau de saturação inicial, teor de silte, teor de silte + argila e teor de carbono orgânico total, enquanto que a pressão de preconsolidação não foi afetada significativamente pelos atributos do solo avaliados. O uso do solo com cultivo de arroz irrigado não alterou a pressão de preconsolidação e o índice de compressão, quando comparado à condição de ausência de uso agrícola. No segundo estudo, observou-se que a compactação elevou a densidade e a resistência mecânica à penetração do Argissolo, reduziu a porosidade total e a macroporosidade, porém sem causar efeitos significativos na microporosidade. O tráfego da pá carregadora de 10 Mg reduziu a suscetibilidade à compactação e elevou a capacidade de suporte de carga até a profundidade de 0,20 m. A compactação aumentou a demanda energética da haste escarificadora em 21,64%, o que elevou os valores médios de esforço de tração de 5,33 para 6,35 kN. A escarificação não elevou o estado de compactação do solo abaixo da profundidade de trabalho da haste escarificadora no Argissolo. O uso do solo, de maneira geral, altera as propriedades físicas, hídricas e mecânicas, sendo que essas alterações são dependentes das características do solo e, principalmente, quanto e em que condições o solo é utilizado e manejado.

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In this context, the aim of this study was to estimate the carbon stock (EC) from different Brazilian soils under different agricultural uses and propose strategies that contribute to mitigation of GEE emissions. The research was conducted in four stages: i) organization of a soil database; ii) development of a pedotransfer function (PTF) for the estimation of bulk density (DS) and evaluate the effect on estimate of EC; iii) estimation of the EC; and iv) evaluation of potential EC by Brazilian agriculture. Data from 38.456 soil samples were performed and, after standardization, they formed a database with 10.445 data samples corresponding to 5.823 data for the 0-30 cm layer. These data covered all Brazilian states, all classes of the Brazilian System of Soil Classification and nine types of land use: annual crop in no-tillage system (SPD), annual crop in conventional tillage system, perennial crop, planted forest, integrated crop-livestock (ILP) system, integrated crop-livestock-forest (ILPF) system, pasture, uncovered soil and native vegetation. Many samples had no DS record, then 12 PTF for DS estimation were developed using 974 soil samples. The performance of PTFs was assessed by R2, and in the validation, the accuracy of prediction was measured based on the mean error (ME), the mean absolute error (MAE), and the root mean squared error (RMSE). All functions overestimated DS values and one of them (PTF 5) presented the best performance. The evaluation of the estimated EC was made with 926 samples layer 0-30 cm, using observed data DS (ECobs), estimated data DS from the PTF5 (ECest) and estimated data DS from the null model (ECnull), in which the DS was given by the mean value of DS observed. Based on the calculation of ME, MAE, the RMSE and comparison with ECobs values, it was found that the ECnull values were overestimated and dispersed. It was concluded at this stage that the null model was not a reliable alternative and PTF5 was applied in 4.540 samples from 0-30 cm layer with missing DS. The estimated DS values ranged from 0,10 kg dm-3 at 1,92 kg dm-3 with a mean of 1,39 kg dm-3 and standard deviation of 0,19 kg dm-3. The coefficient of variation was less than 15% configuring a homogeneous data. It was made the EC calculation for 5.823 EC data for the layer 0-30 cm and these values were grouped by types of land use and soil types. In grouping by type of land use, the lowest EC values were observed in annual crop and native vegetation (0,10 Mg ha-1) and the largest maximum values were observed in annual crop, pasture and native vegetation, with 297,3 Mg ha-1, 259,9 Mg ha-1 and 253,6 Mg ha-1 respectively. In grouping by type of soil, it was observed that a minimum value of 0,10 Mg ha-1 in an Argisol while maxima were observed in a Cambisol (297,3 Mg ha-1) and an Argisol (265,8 Mg ha-1). Three scenarios were developed to estimate the potential increase of EC, from changes in management practices and land use. In a scenario where 18% of the areas of annual crops adopt SPD, the increase in EC was 73,6 Gg. If 15 million hectares of degraded pastures were recovered with ILP system in 20% of the area, and ILPF system in 10% of the area, the potential for increasing the EC would be 88.13 Gg. These values could represent an addition of 59,6 Gg of CO2, which could offset the 472,1 Gg CO2 emitted by the Brazilian agricultural sector in 2010, according to estimates by the Ministry of Science, Technology and Innovation. It concludes that: i) the absence of DS data, using a simple PTF is more appropriate than the use of the null model; ii) the detected errors in the estimation of DS by PTF not propagate the EC calculation; iii) the proposed changes would offset emissions from the Brazilian agricultural sector; and iv) the estimates presented highlight the role of the agricultural sector in mitigating GEE emissions. / Nos últimos anos, o Brasil tem proposto políticas para diminuir as emissões de gases de efeito estufa (GEE). Nesse contexto, o objetivo geral deste trabalho foi estimar o estoque de carbono (EC) de diferentes solos brasileiros com diferentes usos agrícolas e propor estratégias que contribuam para mitigação das emissões de GEE. A pesquisa foi desenvolvida em quatro etapas: i) organização de um banco de dados de solos; ii) desenvolvimento de função de pedotransferência (PTF) para a estimativa de densidade do solo (DS) e avaliação do efeito na estimativa de EC; iii) estimativa do EC; e iv) potencial de EC pela agricultura brasileira. Foram levantados dados de 38.456 amostras de solos que, após padronização, constituíram um banco com dados de 10.445 amostras, que corresponderam a 5.823 dados para a camada 0-30 cm. Esses dados recobriram todos os estados brasileiros, todas as classes do Sistema Brasileiro de Classificação de Solos e nove tipos de uso do solo: cultura anual em sistema de plantio direto (SPD), cultura anual sem SPD, cultura perene, floresta plantada, integração lavoura-pecuária (ILP), integração lavoura-pecuária-floresta (ILPF), pastagem, solo descoberto e vegetação nativa. Como muitas amostras não apresentavam registro de DS, 12 PTF foram desenvolvidas em um subconjunto de 974 amostras do banco de dados, sendo 664 amostras utilizadas para o desenvolvimento das PTFs e 310 utilizadas para teste. O desempenho de cada PTF foi avaliado através do R2, e na validação, a acurácia da predição foi medida pela comparação dos valores estimados com os observados, com base no cálculo de erro médio (ME), do erro absoluto médio (MAE) e da raiz quadrada do erro quadrático médio (RMSE). Todas as PTFs testadas superestimaram os valores de DS, porém, a PTF5 apresentou o melhor desempenho. A avaliação da estimativa de EC foi feita com 926 amostras da camada 0-30 cm, usando-se dados de DS observados (ECobs), dados de DS estimados a partir da PTF5 (ECest) e dados de DS estimados a partir do modelo nulo (ECnulo), no qual a DS é dada pelo valor médio das DS observadas. Com base no cálculo do ME, da MAE, da RMSE e da comparação com os valores de ECobs, constatou-se que os valores de ECnulo foram superestimados e dispersos. Concluiu-se nesta etapa que o modelo nulo não era uma alternativa confiável e a PTF5 foi aplicada em 4.540 amostras de camada 0- 30 cm com DS faltante. Os valores de DS estimados variaram de 0,10 kg dm-3 a 1,92 kg dm-3, com média de 1,39 kg dm-3 e desvio padrão de 0,19 kg dm-3. O coeficiente de variação foi menor que 15%, configurando dados homogêneos. Foi feito o cálculo de EC para 5.823 dados de EC referentes à camada 0-30 cm e esses valores foram agrupados por tipos de uso do solo e por classes de solo. No agrupamento por tipos de uso do solo, os menores valores de EC foram observados em cultura anual e vegetação nativa (0,10 Mg ha-1) e o maiores valores máximos foram observados em cultura anual, pastagem e vegetação nativa, com 297,3 Mg ha- 1, 259,9 Mg ha-1 e 253,6 Mg ha-1 respectivamente. No agrupamento por tipos de solo, observou-se que um valor mínimo de 0,10 Mg ha-1 em um Argissolo enquanto que valores máximos foram observados em um Cambissolo (297,3 Mg ha-1) e em um Argissolo (265,8 Mg ha-1). Foram elaborados três cenários para estimar o potencial de aumento de EC, a partir de mudanças nas práticas de manejo e de uso do solo. Em um cenário de adoção de SPD em 18 % das áreas de culturas anuais, o aumento do EC seria de 73,6 Gg. Se 15 milhões de hectares de pastagens degradadas forem recuperados com ILP, em 20% da área, e com ILPF, em 10% da área, o potencial de aumento do EC seria de 88,13 Gg. Esses valores somados representariam 593,6 Gg de CO2, que poderiam compensar os 472,1 Gg de CO2 emitidos pelo setor agropecuário brasileiro em 2010, conforme estimativas do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação. Conclui-se que: i) na ausência de dados de DS, o uso de uma PTF simples é mais indicado do que o uso do modelo nulo; ii) os erros detectados na estimativa de DS por meio de PTF não se propagam no cálculo de EC; iii) as mudanças propostas compensariam emissões do setor agrícola brasileiro; e iv) as estimativas apresentadas ressaltam o papel do setor agropecuário na mitigação das emissões de GEE.