The consequences of land use choices on soil water and gas transport properties are significant for gas and water flux in agricultural environments. Spatial and temporal patterns and associations of soil water and soil gas characteristics and processes in different land uses are not well understood. The objectives of this study were to 1) characterize soil structure under crop and grass systems, 2) quantify spatial patterns and associations of soil physical characteristics in crop and grass systems, and 3) quantify spatial and temporal patterns and associations of CO2 and N2O fluxes. The research was conducted in a 60 by 80 m field divided into grass and crop systems. Sixty sampling points were distributed in four transects with 5- and 1-m spatial intervals between measurement points. Gas fluxes were measured, at two-week time intervals, 22 times during a year. Pore size distribution was more homogeneous and more continuous pores were found in the grass than in the crop system. The spatial variability of most selected soil physical characteristics was more structured in the crop than in the grass system, which reflected the impact of land use and soil structure on their spatial patterns. CO2 flux was dependent for a longer distance in the grass than in the crop system, however, the two land-use systems exhibited similar spatial ranges of N2O flux. Gas fluxes were temporally dependent for a longer period in the grass than in the crop system. The spatial associations between CO2 and N2O fluxes and selected biochemical and physical factors depended on the flux sampling season and land use. Soil temperature was the dominant controlling factor on the temporal variability of CO2 and N2O fluxes but not on the spatial behavior. Considering the spatial and temporal ranges and dependency strength of soil variables helps identify efficient sampling designs that can result in better time and resource management. Spatial and temporal relationships between the selected soil variables also improve understanding soil management and sampling soil variables. This study provides the baseline and recommendations for future investigations specifically for sampling designs, soil management, and predictions of different soil processes related to gas fluxes.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The search for new technologies that could increase crop yields encourages a growing number of Brazilian farms to use precision farming. Although precision farming principles are not new, only in last two decades has it been applied in a whole cycle in Brazil. The center pivot is increasing the area of implementation, although economic analysis is scarce. The knowledge of soil and yield variability is an important tool to achieve positive results in irrigated areas. The main objective of this work was to quantify the soil fertility indicators within the whole areas, and soil physics and soil fertility indicators within management zones, which were defined based on temporal yield maps. The net return of the irrigated area was compared to dry cropland in one farm. The work was carried out in two grain farms in Trindade do Sul in 51.8 ha and Palmeira das Missões in 57.3 ha. The soil is an Oxisol and the weather is cfa following Koeppen classification. The sampling in each management zone was in 0-0.05, 0.05-0.10 and 0.10-0.20 soil depth. The yield monitoring was done by Massey Fergurson MF 34 and CASE 2388 combines. The yields were monitored in 2005/06 and 2006/06 to black bean (Phaseolus vulgaris) in Trindade do Sul. In Palmeira das Missões the maize (Zea mays) were monitored in 2002/03 and 2003/04 (irrigated) and 2001/02 and 2004/05 (dry land). In both farms no-tillage system has been used for ten years. The soil data was analyzed by statistic, spatial variability and multivaried analysis. The yields were classified in low, medium, and high yield. The farms showed different soil indicators. In Trindade do Sul 55.8% of the area had pH water < 5.4, while in Palmeira das Missões 100% of the area had pH water > 5.7. The K, in both farms, had levels higher than 118 mg dm-3. 7.1% of area in Trindade do Sul showed the P lower than 6 mg dm-3 and in Palmeira das Missões the P levels were higher than 11 mg dm-3. The P had the lower range among the nutrients investigated. The multiple analyses showed that 6 and 4 main components explained 83 and 87% of yield variation in Trindade do Sul and Palmeira das Missões, respectively. In Palmeira das Missões the soil physics indicators in each yield zones showed that lower yields were associated with bulk density of 1.42 g cm-3, macroporosity of 8% in 0.1 to 0.2 m depth, AWC of 32.4 mm. The economic analysis indicated that the irrigated area allowed 19.7% of increase in net return compared to dry land. / A constante busca por tecnologias que permitam a potencialização do rendimento de áreas agrícolas fez com que a agricultura de precisão fosse adotada por um número crescente de agricultores no Brasil. A agricultura de precisão não é uma filosofia de manejo recente, entretanto somente nas últimas décadas está sendo implementada em seu completo contexto. No Rio Grande do Sul, a irrigação está presente em muitas propriedades agrícolas, as quais, por apresentar um sistema de produção diferenciado, carecem de informações ligadas à efetividade na aplicação de recursos e de seu retorno na forma de rentabilidade. Nessas propriedades, em especial, o conhecimento da variabilidade do solo e do rendimento é de grande importância para o sucesso da atividade. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi quantificar e avaliar a variabilidade existente nos atributos químicos do solo em área total; químicos e físicos, em zonas de rendimento estabelecidas e, por fim, analisar economicamente a rentabilidade que o sistema irrigado de produção proporciona, frente ao de sequeiro. O estudo foi conduzido em duas propriedades agrícolas comerciais, localizadas nos municípios de Trindade do Sul (TS) e Palmeira das Missões (PM), ambas no Rio Grande do Sul. As lavouras estudadas perfazem, respectivamente, 51,8 e 58,2 hectares irrigados com pivô central e 57,3 hectares de sequeiro, em PM. As amostragens para fins de caracterização foram realizadas na profundidade de 0-0,1 m, enquanto que para comparação das zonas de rendimento, foram nas profundidades de 0-0,05 0,05-0,1 e 0,1 0,2 m. Os dados de rendimento foram obtidos a partir de duas colhedoras (Massey Ferguson modelo MF 34 e CASE modelo 2388) as quais estavam equipadas com os sistemas Fieldstar® e AFS® de Agricultura de Precisão, respectivamente. As safras estudadas foram 2005/06 e 2006/06 na cultura do feijão, na área de TS, enquanto que em PM foram estudadas as safras 2002/03 e 2003/04 (irrigadas); 2001/2002 e 2004/05 (sequeiro) para a cultura do milho, sendo que, em ambas as áreas, o plantio direto é utilizado a mais de dez anos. Os dados de solo foram submetidos primeiramente à análise de estatística básica, dependência espacial e, posteriormente, à análise multivariada pelo método de componentes principais. Os rendimentos espacializados, após terem sido submetidos à análise de estatística básica, foram classificados para definição das zonas de rendimento (Baixa, Média e Alta). A variabilidade química do solo nas áreas estudadas comportou-se de maneira distinta. Em TS, 55,8% da área apresentou o pH abaixo de 5,4 enquanto em PM 100% da área apresentou com pH acima de 5,7. Em ambas as áreas os teores de potássio foram superiores a 118 mg dm-3. 7,1% da área apresentou teores de fósforo abaixo de 6 mg dm-3 em TS, entretanto, na área de PM os teores encontrados foram superiores a 11 mg dm-3. O fósforo foi o atributo químico que apresentou dependência espacial com menor alcance obteve nas áreas estudadas. A análise multivariada revelou a existência de 6 e 4 componentes principais, os quais explicam 83 e 87% da variância total existente nas áreas de TS e PM, respectivamente. A avaliação física das zonas de diferentes rendimentos revelou que na área PM a zona de baixo rendimento apresentou a densidade de 1,42 g cm-3, macroporosidade de 8% na profundidade de 0,1-0,2 m, enquanto que a capacidade de água disponível na camada de 0-0,2 m foi de 32,4 mm. Os dados econômicos indicam que a área irrigada possui um ganho de rentabilidade na ordem de 19,7 % superior à lavoura cultivada em sequeiro.