A Bacia Hidrográfica do Rio Pardo é uma das 9 (nove) bacias que integram a Região Hidrográfica do Guaíba, no Rio Grande do Sul, sendo sua área de drenagem de aproximadamente 3.636 km². Os rios Pardo e Pardinho são os principais cursos de água, com extensões de aproximadamente 200 e 90 km, respectivamente. Estudos realizados recentemente sobre a situação atual dos recursos hídricos da Bacia do Rio Pardo constataram a ocorrência de deficiências hídricas em determinados períodos do ano e em algumas regiões. Estas deficiências foram atribuídas, principalmente, à demanda de água pela orizicultura, que representa 87% do volume total requerido anualmente e 97% do volume total requerido em janeiro, mês de maior demanda de água na Bacia. Dentro deste contexto, esta dissertação teve como objetivo geral analisar, sob as perspectivas da orizicultura irrigada, a situação hídrica quantitativa da Bacia Hidrográfica do Rio Pardo no cenário atual e em cenários futuros. Buscou-se quantificar os déficits hídricos (quando existentes) e identificar os cenários menos impactantes para os usuários da água da Bacia. Um modelo para estimativa da disponibilidade hídrica da Bacia foi testado e analisado. No entanto, quando da realização dos balanços hídricos, preferiu-se utilizar vazões observadas e medidas nos principais rios da Bacia, adotando-se, como disponibilidade hídrica, as vazões com 90% de garantia de excedência. Foram estabelecidos dois cenários futuros para a orizicultura – Tendencial e Otimista – os quais foram analisados sob duas projeções (4 e 12 anos). Os cenários foram configurados com base na combinação entre diferentes sistemas de cultivo e ciclo das cultivares de arroz, que, juntos, determinam diferentes demandas específicas, e, conseqüentemente, diferentes volumes totais por cenário. A demanda hídrica de cada cenário foi estimada utilizando-se um modelo matemático integrado a ferramentas de geoprocessamento. O modelo considera os principais componentes da demanda hídrica para irrigação (evapotranspiração, saturação do solo, lâmina superficial e fluxo lateral). Os resultados indicaram uma tendência de melhoria na eficiência de uso da água para irrigação na Bacia, com aumento de área cultivada e diminuição da demanda hídrica por unidade de área. Esse quadro pode ser atribuído, principalmente, ao aumento de lavouras sistematizadas, que garantem menor demanda hídrica, devido ao melhor aproveitamento da água de irrigação. A melhoria na eficiência de utilização da água é ainda maior nos cenários otimistas, em que se pressupõe, além do aumento de áreas sistematizadas, a utilização de cultivares de ciclo menor, condicionando reduções no período de irrigação. Apesar disso, os balanços hídricos realizados para cada cenário indicam a ocorrência de déficits hídricos mais graves do que os atuais nos cenários futuros. Esta configuração é atribuída ao aumento da área cultivada, que, mesmo com demanda específica menor, não garante que os conflitos sejam minimizados. Mesmo assim, os resultados mostraram que, dentro de uma mesma projeção futura, existe a possibilidade de haver significativas reduções na utilização de água, o que é evidenciado através das diferenças constatadas na comparação dos cenários tendenciais e otimistas, sendo estes últimos, menos impactantes na disponibilidade hídrica. A gestão e o planejamento de recursos hídricos, neste contexto, permitem disciplinar o uso e alocar a água entre os diversos usuários de uma bacia hidrográfica através da implementação de instrumentos de gestão e planejamento, como a outorga e a cobrança; no entanto, subsídios como os apresentados neste trabalho são necessários, pois, para que haja efetividade na implementação dos instrumentos, é fundamental que se conheçam as distribuições espacial e temporal das disponibilidades e demandas hídricas de cada Bacia Hidrográfica, e que se considerem as tecnologias empregadas nos diferentes sistemas de produção, que têm a água como insumo básico. / The Pardo River Basin (3.636 km²) is one of the 9 (nine) basins integrating the Guaíba Watershed Region, in the state of Rio Grande do Sul, Brazil. Pardo and Pardinho rivers are the most important water courses, with extensions of about 200 and 90 km, respectively. Recent studies about current water availability and water demand in Pardo River Basin showed the occurrence of water deficiencies in some periods of the year and in some areas. These deficiencies were attributed, mainly, to demand to rice irrigation that represents 84% of total volume requested annually, and 97% of total volume requested in January, month of higher water demand in the Basin. This study had as main objective to analyze, under the perspectives of the irrigated rice crop, the quantitative water situation in Rio Pardo River Basin in current and futures sceneries. It looked for quantifying water deficits (when existent) and to identify the less impactant sceneries to the Basin water users. A model to estimate water availability was tested and analyzed. However, to water balances, it was preferred using observed discharge measured in the principal rivers of the Basin, adopting, as water availability, the discharge with 90% of chance to exceeding. Two future sceneries were established related to rice system crop – Tendencial and Optimist – that were analyzed under two projections (4 and 12 years). The sceneries were configured based on combination of cultivation systems (soil manage) and rice variety cycle, that, together, determines different specific demands, and, consequently, different total volumes for each scenery. The water demand in each scenario was calculated using a mathematical model integrated to geoprocessing tools. The model considers the main components of irrigation demand to rice crop (evapotranspiration, soil saturation, superficial depth and lateral flow). Results indicated a tendency to improve efficiency of water use in rice irrigation, with increase of cultivated area and decrease in specific water demand. This frame can be attributed, mainly, to increasing of systematized crop soil that assures smaller water demand, due to the best use of water irrigation. The improvement in water use efficiency is larger in optimistic sceneries, when it’s presupposed, in addition to increase of systematized areas, the use of rice variety with smaller cycle, conditioning reductions in irrigation period. In spite of that, the water balances to the futures sceneries indicate the occurrence of worse water deficits than in the current one. This configuration is attributed to increasing in cultivated area that, even with smaller specific water demand, does not assure that conflicts are minimized. Even so, the results showed that there are possible reducing water use into a same future projection, evidenced through differences verified in the comparison between tendencial and optimists sceneries, when these last, are less impactant in the water availability. The water resources management, in this context, allow disciplining water use and to allocate it among several existent users through planning instruments implementation, as the grant and collection; however, subsidies as showed in this work, are essential to implement these instruments. Is fundamental that spatial and temporary distribution of water availability and water demand are known, and that technologies employed in different production systems using water like a basic input be considered.

Sugarcane is a crop of relevant importance for the Alagoas state, mainly due to the high potential for ethanol production that is currently one of the main products of the Brazilian energy matrix. Therefore, in order to evaluating ethanol yields as a function of irrigation levels (L) and nitrogen (N) rates, was carried an experiment in the region of Rio Largo, AL. The experimental design was a completely randomized block in the scheme of subdivided plot, with seven irrigation levels, five nitrogen doses and four replicates. At irrigation levels were determined based on reference evapotranspiration (ET0): 0,0 ET0; 0,25 ET0; 0,50 ET0; 0,75 ET0; 1,00 ET0; 1,25 ET0 and 1,50 ET0 and the doses of N were: zero 50, 100, 150 and 200 kg of N per hectare. The average gross income of ethanol obtained was 14,14 m3.ha-1. The irrigation level of maximum economic efficiency was 307 mm and the maximum physical yield of ethanol (15,14 m3.ha-1) was achieved with 573 mm. In relation the nitrogen rates, the one of maximum economic efficiency was 118 kg of N.ha-1 and the highest physical yield of gross ethanol (14,51 m3.ha-1) was 95 kg of N.ha-1. The square root polynomial function represented well the yield of ethanol in relation to water and nitrogen. The marginal physical product of nitrogen being below zero between 100 and 125 kg of N.ha-1, and The marginal physical product of nitrogen being below zero between 500 and 600 milimeters. The marginal rate of replacement of water by nitrogen varies according the price of the millimeter of water, the kilogram of nitrogen and the cubic meter of ethanol and this rate provides the minimum cost at each yield level when it equals 1,53 mm.kgN-1. The region of rational production was located at the beginning of the tangency of the isoquants (86 kg of N and 510 mm) until the crossing at the level of 15,60 m3.ha-1. / A cana-de-acucar e uma cultura agricola de relevante importancia para o estado de Alagoas, principalmente pelo alto potencial para producao de bioetanol, que e um dos principais componentes da matriz energatica brasileira e estudar as relacoes de fatores de produção como agua e nitrogenio e indispensavel para a melhoria na eficiencia de seus usos. Por isso, com o objetivo de avaliar os rendimentos de etanol de cana-de-acucar em funcao de laminas de irrigacao (L) e doses de nitrogenio (N), um experimento foi desenvolvido na regiao de Rio Largo, AL. O delineamento experimental utilizado foi de blocos ao acaso, em esquema de parcelas subdivididas, com sete laminas de irrigacao, cinco doses de nitrogenio e quatro repeticoes. As laminas de irrigacao foram determinadas com base na evapotranspiracao de referencia (ET0), sendo: 0,0 ET0; 0,25 ET0; 0,50 ET0; 0,75 ET0; 1,00 ET0; 1,25 ET0 e 1,50 ET0 e as doses de N utilizadas foram: zero, 50, 100, 150 e 200 kg de N por hectare. O rendimento medio de etanol obtido foi de 14,14 m3.ha-1. A lamina de irrigacao de maxima eficiência economica foi 307 mm e o rendimento fisico maximo de etanol (15,14 m3.ha-1) foi alcançado com 573 mm de irrigacao. Com relacao as doses de nitrogenio, a de maxima eficiência economica foi 118 kg de N.ha-1 e a que proporciona maximo rendimento fisico de etanol (14,51 m3.ha-1) foi 95 kg de N.ha-1. O produto fisico marginal do nitrogenio se torna negativo entre as doses 100 e 125 kg de N.ha-1, enquanto o produto fisico marginal da agua fica negativo entre 500 e 600 milimetros. A taxa marginal de substituicao de agua por nitrogênio varia de acordo com o preco do milimetro de agua, o quilograma do nitrogenio e o metro cubico de etanol e essa taxa proporciona o custo minimo em cada nivel de produto quando se iguala a 1,53 mm.kgN-1. A regiao de producao racional situa-se no inicio das retas de tangencia das isoquantas (86 kg de N e 510 mm) ate o encontro no nivel de 15,60 m3.ha-1 de etanol.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The purpose of this study is the monitoring of the behaviour of variables involved in determining the hydrological water balance by means of lysimeters installed in a small basin in the central depression of Rio Grande do Sul. The controlled variables were the precipitation, the runoff, the infiltration and storage of water in the soil. This work also presents the procedures for installation and repair of one volumetric lysimeters, besides the physical characterization of the area studied. The evaluation of water balance through of lysimeters measures considered different time scales and the daily evapotranspiration were obtained for intervals of 5 and 10 days. Due to structural problems with the lysimeters the evaluation of variables runoff, infiltration and evapotranspiration was undermined during the period of repair of the lysimeters (June 2008 to December 2008), and these variables only was available after this period (January to April 2009). The variables precipitation and water storage in soil were evaluated during all the period studied (June 2008 to April 2009). The monitoring of the storage of water in the soil within the lysimeters was performed by means of tensiometers vaccum-type installed at depths of 10, 30 and 70 centimeter and then also analyzed by use of equipment TDR installed at 30 centimeter of depth, outside the lysimeters. The results showed that in wet periods the soil moisture is higher in the depth of 10 centimeter, whereas in dry periods there is a higher concentration of moisture at depth of 70 centimeter. The lowest values of moisture were obtained for depth of 30 centimeter both in wet and in dry period. The storage of water in the soil measured by tensiometers and TDR to the depth of 30 centimeter follows the same trend of variation, even with the tensiometers located inside the lysimeters and TDR outside it. However, the storage measured by the tensiometers was higher and presented more changes in relation to storage measured with TDR's help. The water balance in the daily scale developed from measures lysimeters through of the equipment referred in this study, does not show good results, especially in periods in which heavy rain occurs, overestimating or underestimating the evapotranspiration. Already for periods of 5 and 10 days, there are better results when compared with the daily scale. / Este trabalho tem por objetivo monitorar o comportamento das variáveis hidrológicas envolvidas no balanço hídrico, a partir de dados lisimétricos, em uma pequena bacia hidrográfica característica do bioma Mata Atlântica, sob as condições climáticas da depressão central do estado do Rio Grande do Sul. As variáveis controladas junto ao lisímetro foram a precipitação, o escoamento superficial, a infiltração, o armazenamento de água no solo e a evapotranspiração. O trabalho apresenta ainda os procedimentos de instalação e reparos de um lisímetro de drenagem, alem da caracterização física da área em estudo. A avaliação do balanço hídrico por meio de determinações lisimétricas considerou diferentes escalas temporais, sendo a evapotranspiração obtida em intervalos diários, de 5 e de 10 dias. Devido a problemas estruturais com o lisímetro, a avaliação das variáveis escoamento superficial, infiltração e evapotranspiração foi prejudicada durante o período anterior ao concerto do lisímetro (junho de 2008 a dezembro de 2008), sendo estas variáveis monitoradas apenas para o período posterior ao concerto do lisímetro (janeiro a abril de 2009). Já as variáveis precipitação e armazenamento de água no solo, foram avaliadas durante todo o período de estudo (junho de 2008 a abril de 2009). O monitoramento do potencial de água no solo para determinar o armazenamento de água no solo no interior do lisímetro, foi realizado por meio de tensiômetros do tipo vacuômetro instalados nas profundidades de 10, 30 e 70 cm. O conteúdo volumétrico de água no solo foi monitorado com TDR instalado a 30 cm de profundidade, externamente ao lisímetro. Os resultados demonstram que nos períodos úmidos o conteúdo de água no solo é maior na profundidade de 10 cm, enquanto que nos períodos secos observa-se uma maior concentração na profundidade de 70 cm. Na profundidade de 30 cm têm-se os menores valores de conteúdo de água no solo tanto no período úmido quanto no período seco. O armazenamento de água no solo, determinado com dados do tensiômetro e do TDR, para a profundidade de 30 cm, segue uma mesma tendência de variação, mesmo com o tensiômetro estando localizado no interior do lisímetro e o TDR fora do mesmo. No entanto, o armazenamento computado com dados do tensiômetro foi superior, alem de apresentar maiores variações em relação ao armazenamento determinado pelo TDR. O balanço hídrico em escala diária, elaborado a partir de dados lisimétricos, pelo uso do equipamento referido neste estudo, não apresenta bons resultados, principalmente nos períodos em que ocorrem precipitações elevadas, superestimando ou subestimando a evapotranspiração. Já para períodos de 5 e 10 dias, observam-se resultados mais satisfatórios, quando comparados a escala diária.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-02-08Bitstream added on 2014-06-13T19:42:49Z : No. of bitstreams: 1 emidio_zpo_dr_rcla.pdf: 3443145 bytes, checksum: b7affe64ef9b7a6abfeb7b7b0eeac356 (MD5) / A presente pesquisa foi realizada com a finalidade de comparar e avaliar o desempenho de um balanço hídrico, denominado balanço hídrico distribuído – BHD devido a sua alta resolução espacial. Com base nos mapas pedológicos das áreas das quadrículas de Assis e Piracicaba, o BHD foi executado em 19 períodos decendiais, entre 21/outubro/2004 a 29/abril/2005, objetivando determinar o percentual de água disponível no solo (AD%) a cada 1 km². Como dado de entrada na equação do BHD, a chuva média nas áreas citadas foi quantificada de duas formas: pelos pluviômetros, através do método dos polígonos de Thiessen e pelo radar meteorológico, obtida através da relação Z-R específica, sendo Z fator de refletividade do radar e R a taxa de precipitação. Os dados de radar foram obtidos por meio de imagens do produto CAPPI (Constant Altitude Plan-Position Indicator) num raio de 240 km, com altura de 3,5 km, a cada 7,5 ou 15 minutos, amostradas pelo radar meteorológico Doppler, banda S, localizado em Bauru/SP e operado no IPMet/UNESP e foram processados permitindo que as chuvas fossem integradas em períodos decendiais sobre pixels do radar, com resolução de 1 km x 1 km. Para a avaliação do comportamento espacial da chuva medida com o radar, utilizou-se a técnica de análise de superfície de tendência (Trend Surface Analysis) com regressão polinomial de primeiro grau em um modelo de grade de 51 X 51, elaborado pelo programa SURFER®, v. 7, objetivando o mapeamento e a identificação dos resíduos positivos (excesso de chuva) e negativos (falta de chuva) nas áreas de Piracicaba e Assis. Os resultados do BHD executados com os dados do pluviômetro e radar, mostraram diferença do campo de distribuição de água disponível nas áreas de Assis e Piracicaba. / The present research was carried out with the aim of assessing and comparing the performance of an specific water balance process, denominated Distributed Water Balance (acronym in Portuguese: BHD) due to its high spatial resolution. Based on pedological maps of unitary cell areas from Assis/SP and Piracicaba/SP regions, the BHD was computed for 19 dekadal periods between 21 October 2004 and 29 April 2005, to determine the percentage of soil water availability (designated AD%) for each 1 km² cell. The mean areal rainfall for both Assis and Piracicaba, used as input to the BHD equation, was quantified in this different ways, e.g., based on rain gage through Thiessen polygon method and weather radar through an appropriate Z (radar reflectivity) to R (rainfall intensity) conversion relationship. Radar data were from the CAPPI (Constant Altitude Plan Position Indicator) product covering an area of 240 km range, at a 3,5 km (agl) height, generated each 7,5 or 15 minutes from the observations of the Doppler S band weather radar operated by IPMet/ UNESP in Bauru-SP. Date were processed to provide rainfall accumulations over dekadal periods for radar pixels at 1 x 1 km² resolution. To evaluate the spatial behavior of the radar derived rainfall, the Trend Surface Analysis technique was employed with a first degree polynomial regression in a grid model of 51 x 51 dimension, elaborated with the version v.7 of the SURFER® program aiming to map and identify the positive (excess rainfall) and negative (rainfall deficit) residuals in the Assis and Piracicaba regions. BHD effected with rain gage data, and with radar data provided different results for the maps of available water distribution for both regions. In the BHD based in rain gage a more homogenous pattern is perceived in the AD distribution as compared to the BHD computed with radar observations where results show a more heterogeneous rainfall distribution.

Philosophiae Doctor - PhD (Earth Science) / This research focused on understanding the current hydrogeology of the Sakumo wetland by developing a conceptual flow model and simulating the groundwater flow system. The purpose of the model is to assist in understanding the groundwater flow system and quantify the water fluxes contributing to the wetland water storage. The research adapted quantitative, qualitative and mixed analysis to characterize the water flow in the basin. This involved the use of numerical modelling techniques to determine the zones of groundwater discharge to the wetland and zones of wetland water released for groundwater recharge. Field investigation were carried out to estimate the hydraulic parameters and sample rainwater, wetland water and groundwater. The Sakumo wetland aquifer is situated in the quaternary unit consisting of sandy clay and weathered quartzite. The average annual precipitation in the study area from 1970 to 2016 was estimated at 760 mm/yr. Groundwater recharge rate was estimated as 5% of the mean annual rainfall which provided inputs into the numerical groundwater flow model. Evaporation from the wetland and evapotranspiration from the basin estimated using the Hargreaves and Samani method were 1341 mm/a and 546 mm/a, respectively. The hydrogeologic conceptual model was developed from the geology, borehole lithology, groundwater and wetland water levels.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The real time determination and future of evapotranspiration (ET) can contribute to more efficient management of irrigation. The objective of this study was: (i) to evaluate the accuracy of the estimate of the reference evapotranspiration (ETo) calculated on daily data of the weather forecast for seven future days (EToest), to different locations, growing seasons and periods with and without and rain; (Ii) evaluate the impact of using the EToest in the water balance of a soil cultivated with corn. The estimate ETo was performed to Santa Maria - RS and Crystalline and Morrinhos - GO. The collection of weather forecast data was carried out between June 26, 2011 to March 31 2014 was collected-daily (6:00 AM), the site: http://www.tempoagora.com.br/, the forecast data maximum temperature (Tmax) and minimum (Tmin) air, maximum relative humidity (RHmax) and minimum (RHmin) and wind speed (U2) for the next seven days. The EToest calculation was carried out by FAO-Penman-Monteith (FAO PM) and Hargreaves methods. The ETo observed day (EToday) was calculated by the FAO- PM method with data measured by automatic weather station of the National Institute of Meteorology (INMET). The values of EToest (est+1 the est+7) were compared with the values observed daily (ETodia). The accuracy of the estimated EToest was evaluated using statistical indicators (coefficient of determination - R2, slope - b, mean square error of the square root -RMSE and average error - ME). For the analysis of the water balance of a soil cultivated with corn, a field experiment was accomplished in the year 2011/12, in an area of UFSM. The experimental design was a completely randomized factorial design with four replications. The factor "A" consisted of two methods of calculation to estimate crop evapotranspiration (ETc): (i) using crop coefficient (Kc) and simple; (Ii) using dual Kc. The "D" factor consisted of four irrigation strategies: (i) 100% replacement of ETc; (ii) 75% replacement of ETc; (iii) 50% of ETc and replacement; (iv) 25% of replacement etc. The volumetric water content and available soil were simulated is compared with the measured (100% tartamento simple Kc). The results are an overestimation of EToest (>0,04 and <0,72 mm day-1) for the three sites, attributed to overestimation of Tmax by the weather forecast, a variable that showed high association with EToest (R2 0,60). This overestimation of EToest is reduced as the estimation approximates the observed daily. The differences between the ETodia and EToest, has small inlfuência the results of the soil water balance (RMSE less than 10 mm for the available water). Thus, EToest can be an alternative for determining the need for crop irrigation in future time, contributing to the management of irrigated activity and for the most efficient use of natural resources and other agricultural. / A determinação em tempo real e futuro da evapotranspiração (ET) pode contribuir para a maior eficiência no gerenciamento da irrigação. Assim, o objetivo do presente trabalho foi: (i) avaliar a precisão da estimativa da evapotranspiração de referência (ETo) calculada com dados diários da previsão meteorológica para sete dias futuros (EToest), para diferentes locais, anos agrícolas e períodos com e sem chuvas e; (ii) avaliar o impacto da utilização da EToest no balanço hídrico de um solo cultivado com milho. A estimativa da ETo foi realizada para Santa Maria - RS e para Cristalina e Morrinhos - GO. A coleta de dados da previsão meteorológica foi realizada entre 26 de junho de 2011 a 31 de março de 2014. Coletou-se, diariamente (6:00 AM), do site: http://www.tempoagora.com.br/, os dados de previsão de temperatura máxima (Tmax) e mínima (Tmin) do ar, umidade relativa máxima (RHmax) e mínima (RHmin) do ar e velocidade do vento (U2), para os próximos sete dias. O cálculo da EToest foi realizado pelos métodos FAO-Penman-Monteith (FAO PM) e Hargreaves. A ETo do dia observado (ETodia) foi calculada pelo método FAO PM, com dados medidos pela estação meteorológica automática do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Os valores de EToest (est+1 a est+7) foram comparados com os valores do dia observado (ETodia). A precisão da estimativa da EToest foi avaliada a partir de indicadores estatísticos (coeficiente de determinação - R2, coeficiente angular - b, raiz quadrada do erro quadrático médio -RMSE e erro médio - ME). Para a análise do balanço hídrico de um solo cultivado com milho, um experimento de campo foi realizado no ano agrícola 2011/12, em área experimental da UFSM. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado, bifatorial, com quatro repetições. O fator A constituiu de duas metodologias de cálculo para a estimativa da evapotranspiração da cultura (ETc): (i) utilizando coeficiente de cultivo (Kc) simples e; (ii) utilizando Kc dual. O fator D foi constituído de quatro estratégias de irrigação: (i) 100% de reposição da ETc; (ii) 75% de reposição da ETc; (iii) 50% de reposição da ETc e; (iv) 25% de reposição da ETc. O conteúdo volumétrico e a água disponível no solo simulados foram comparados com os medidos (tratamento 100% com Kc simples). Os resultados são de uma superestimativa média da EToest (>0,04 e <0,72 mm dia-1) para os três locais, atribuída a superestimativa da Tmax pela previsão meteorológica, variável que apresentou elevada associação com a EToest (R2 de 0,60). Essa superestimativa da EToest é reduzida à medida que a estimativa se aproxima do dia observado. As diferenças entre a ETodia e a EToest, tem pequena inlfuência nos resultados do balanço hídrico do solo (RMSE inferior a 10 mm para a água disponível). Assim, a EToest pode ser uma alternativa para a determinação da necessidade de irrigação das culturas em tempo futuro, contribuindo para o gerenciamento da atividade irrigada e para a maior eficiência na utilização dos recursos naturais e demais insumos agrícolas.

Submitted by ALBERTO MARIO ARROYO AVILEZ (betomario1494@gmail.com) on 2018-04-27T18:12:10Z No. of bitstreams: 1 Alberto Dissertação.pdf: 4738116 bytes, checksum: 35e2e74aeb9df80e1293e0d8b7058b03 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Lucia Martins Frederico null (mlucia@fca.unesp.br) on 2018-04-27T18:39:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 arroyo avilez_am_me_botfca.pdf: 4694416 bytes, checksum: 5ca8a2a96f1216d720e3f0234fbeac86 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-27T18:39:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arroyo avilez_am_me_botfca.pdf: 4694416 bytes, checksum: 5ca8a2a96f1216d720e3f0234fbeac86 (MD5) Previous issue date: 2018-03-02 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / A cultura da cana de açúcar tem grande importância econômica e é uma das principais culturas na região Noroeste Paulista. Para máximas produtividades e eficiência do uso da água cabe ao produtor desta cultura compreender a necessidade hídrica, quantificando o volume de água necessário durante o seu ciclo de desenvolvimento e, para tanto, o conhecimento da evapotranspiração da referência (ETo) e dos coeficientes de cultura (Kc) ao longo do ciclo, os quais são fundamentais como estratégia de manejo quando a opção de controle é baseada via atmosfera. Neste trabalho o objetivo foi determinar a necessidade hídrica total e a média diária da cultura da cana-de-açúcar no Noroeste Paulista, realizar o balanço hídrico e manejo da irrigação usando um sistema de irrigação por gotejamento e estimar a relação ETa/ETo usando o modelo SAFER (Simple Algorithm for Retrieving Evapotranspiration). A necessidade hídrica total variou entre 1000 mm/safra e 1600 mm/safra dependendo da duração do ciclo da cultura, a necessidade diária teve uma variação entre os 3,6 mm dia-1 e 4,2 mm dia-1, dependente do valor da ETo. Observou-se que o sistema de irrigação não consegue aplicar a lâmina diária necessária para a cultura, em média aos 4,1 mm dia-1. O manejo de irrigação recomendado foi de um turno de rega fixo de 5 dias. No cálculo da relação ETa/ETo, o comportamento da curva formada pelos valores determinados mostrou coerência com as curvas encontradas na literatura, entretanto os valores encontrados foram menores do que aqueles recomendados, mas ainda assim favoráveis para o estudo da necessidade de água da cana-de-açúcar no Noroeste Paulista, devendo-se continuar com estudos que calibrem o algoritmo SAFER para obtenção de melhores resultados. / The culture of sugarcane has great economic importance and is one of the main crops in the Northwest region of São Paulo state. For maximum productivity and water use efficiency, it is the responsibility of the grower of this crop to understand the water requirement, quantifying the volume of water required during its development cycle and, therefore, knowledge of reference evapotranspiration (ETo) and crop coefficients (Kc) during the cycle which are fundamental as a management strategy when the control option is based via atmosphere. In this work the objective was to determine the daily and total daily water requirement of the sugarcane crop in Northwest of the São Paulo state, to perform the water balance and irrigation management using a drip irrigation system and estimate the ETa/ETo ratio using the SAFER (Simple Algorithm for Retrieving Evapotranspiration) model, the total water requirement ranged from 1000 mm /crop to 1600 mm /crop depending on the duration of the culture cycle, the daily requirement had a variation between 3.6 mm /day and 4.2 mm /day, depending of the value of ETo. It was observed that the irrigation system can’t apply the daily blade needed by the crop on average to 4.1 mm /day. The irrigation management recomm ended was a fixed irrigation shift of 5 days. In the calculation of the ETa/ETo ratio, the behavior of the curve formed by the determined values showed coherence with the curves found in the literature, however the values found were lower than those recomm ended but still favorable for the study of the needed of sugarcane water in the Northwest of São Paulo state region, and it is necessary to continue studies that calibrate the SAFER algorithm to obtain better results.

abstract: Foraging has complex effects on whole-organism homeostasis, and there is considerable evidence that foraging behavior is influenced by both environmental factors (e.g., food availability, predation risk) and the physiological condition of an organism. The optimization of foraging behavior to balance costs and benefits is termed state-dependent foraging (SDF) while behavior that seeks to protect assets of fitness is termed the asset protection principle (APP). A majority of studies examining SDF have focused on the role that energy balance has on the foraging of organisms with high metabolism and high energy demands ("high-energy systems" such as endotherms). In contrast, limited work has examined whether species with low energy use ("low-energy systems" such as vertebrate ectotherms) use an SDF strategy. Additionally, there is a paucity of evidence demonstrating how physiological and environmental factors other than energy balance influence foraging behavior (e.g. hydration state and free-standing water availability). Given these gaps in our understanding of SDF behavior and the APP, I examined the state-dependency and consequences of foraging in a low-energy system occupying a resource-limited environment - the Gila monster (Heloderma suspectum, Cope 1869). In contrast to what has been observed in a wide variety of taxa, I found that Gila monsters do not use a SDF strategy to manage their energy reserves and that Gila monsters do not defend their energetic assets. However, hydration state and free-standing water availability do affect foraging behavior of Gila monsters. Additionally, as Gila monsters become increasingly dehydrated, they reduce activity to defend hydration state. The SDF behavior of Gila monsters appears to be largely driven by the fact that Gila monsters must separately satisfy energy and water demands with food and free-standing water, respectively, in conjunction with the timescale within which Gila monsters balance their energy and water budgets (supra-annually versus annually, respectively). Given these findings, the impact of anticipated changes in temperature and rainfall patterns in the Sonoran Desert are most likely going to pose their greatest risks to Gila monsters through the direct and indirect effects on water balance. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Biology 2014

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Nos Ãltimos anos, com a evoluÃÃo explosiva da informÃtica e da eletrÃnica, a comunidade cientÃfica mundial tem intensificado os estudos no sentido de desenvolver e aplicar pesquisas baseada no aprimoramento da alta precisÃo. Os avanÃos na Ãrea de informÃtica, principalmente na elaboraÃÃo de interfaces com sensores eletrÃnicos, permitiram o desenvolvimento e aplicaÃÃo de vÃrios transdutores na Engenharia AgrÃcola. No que diz respeito à agricultura irrigada uma grande preocupaÃÃo à com o enorme volume de Ãgua utilizado. Segundo a FAO atà 2030 serà necessÃrio um incremento de 14% da Ãgua potÃvel, na irrigaÃÃo, a fim de suprir a demanda provocada pelo crescimento da populaÃÃo mundial. No intuito de aprimorar o uso da Ãgua na irrigaÃÃo, vÃrios trabalhos foram e estÃo sendo desenvolvidos, principalmente na busca de se avaliar, economicamente, a conversÃo da Ãgua em alimento e a real necessidade hÃdrica das culturas para seu desenvolvimento pleno. O kc à um fator que relaciona a necessidade hÃdrica da cultura em estudo e a necessidade hÃdrica de uma cultura hipotÃtica. O balanÃo hÃdrico do solo contabiliza todas as adiÃÃes e retiradas de Ãgua que realmente ocorrem em certo volume de solo, utilizado na produÃÃo agrÃcola, permitindo avaliar a situaÃÃo hÃdrica pela qual uma cultura passa. Pelo exposto acima, o presente trabalho teve como objetivo geral a avaliaÃÃo do uso do sensor capacitivo FDR em substituiÃÃo ao tensiÃmetro para o cÃlculo do coeficiente de cultivo (kc), por meio do balanÃo hÃdrico do solo. O experimento foi realizado no PerÃmetro Irrigado do Baixo Acaraà â CearÃ, em uma Ãrea de 1,0 ha, em dois ciclos com a cultura da melancia nos anos de 2009 e 2010. Os sensores foram calibrados, em laboratÃrio, atravÃs de anÃlise de regressÃo entre umidade da amostra e frequÃncia produzida pelo sensor, e entre esta Ãltima e a tensÃo verificada em um tensiÃmetro com mercÃrio partindo do ponto de saturaÃÃo atà aproximadamente 8,0% de umidade volumÃtrica. A avaliaÃÃo da equaÃÃo de calibraÃÃo ocorreu atravÃs da comparaÃÃo entre os dados dos sensores e os dados dos tensiÃmetros para umidade e tempo de irrigaÃÃo. A equaÃÃo de calibraÃÃo tanto para a umidade, como para tensÃo foi do tipo exponencial. A comparaÃÃo entre as tensÃes medidas e estimadas, pela equaÃÃo de ajuste, alcanÃou desempenho forte e/ou Ãtimo em todos os itens analisados. A validaÃÃo em campo, das equaÃÃes de ajuste, deu-se atravÃs de uma anÃlise comparativa entre as tensÃes obtidas pelos sensores FDR e pelos tensiÃmetros, alÃm das umidades atuais, estimadas por ambos os equipamentos, no primeiro ano de cultivo. Para o segundo ciclo produtivo fez-se uso da tÃcnica do papel filtro que retornou as seguintes equaÃÃes de ajuste para as curvas de retenÃÃo da Ãgua no solo: &#952;=0,3843*T^(-0,381)(1 camada), &#952;=0,4381*T^(-0,372)(2 camada) e &#952;=0,4103*T^(-0,34)(3 camada), e a tÃcnica do perfil instantÃneo para avaliaÃÃo da condutividade hidrÃulica. Aplicaram-se variaÃÃes de umidade do solo, com tratamento, a fim de verificar algumas respostas fisiolÃgicas da cultura. Os tratamentos apresentaram diferenÃa estatÃstica para transpiraÃÃo e condutÃncia estomÃtica, sendo o T4 (&#1012;= 1,3 da capacidade de campo) superior aos demais ao nÃvel de confianÃa de 0,05. Os valores de kc variaram entre os tratamentos de 0,74 a 1,06 (18 DAP), 0,98 a 1,52 (45 DAP) e 0,67 a 0,85 (59 DAP). A produÃÃo variou de 13,019 a 25,867 Mg entre os tratamentos. O uso eficiente de Ãgua variou de 4,17 a 6,95 kg m-3. O uso do sensor permite medir o potencial da Ãgua no solo e a umidade em tempo real, possibilitando o monitoramento e a tomada de decisÃes de forma mais segura. / In recent years, with the explosive development of information technology and electronics, the scientific community worldwide has intensified research to develop and implement research-based improvement in precision application. Advances in information technology, especially in the developing of interfaces with electronic sensors, allowed for the development and application of various transducers in Agricultural Engineering. With respect to irrigated farms there is a major concern with the large volume of water used. According to FAO by 2030 it will be required an increase of 14% of drinking water used by irrigation, in order to meet the demand caused by population growth worldwide. In order to improve water use in irrigation, several studies have been and are being developed, especially focused on evaluating, economically, the conversion of water into food and the actual requirement of crops for their full development. The kc is a factor that relates crop water requirement of a real crop to the water requirement of a hypothetical culture. The soil water balance accounts for all additions and withdrawals of water that actually occur in a certain volume of soil used in agricultural production, allowing to access the water situation in which a culture is. From the above, this study aimed to evaluate the use of a capacitive FDR sensor to replace tensiometer in the process of obtaining the crop coefficient (kc) through the soil water balance. The experiment was conducted at the Low Acaraà Irrigation District - CearÃ, in an area of 1.0 ha, into two cycles with of watermelon, in the years 2009 and 2010. The sensors were calibrated in the laboratory using regression analysis between soil moisture from a soil sample and frequency produced by the sensor, and between it and the tension found in a mercury based tensiometer, from saturation to approximately 8.0% volumetric water content. The evaluation of the calibration equation occurred by comparing the sensor data and data from tensiometers for moisture and irrigation timing. The calibration equation for both moisture and for the tension was exponential. The comparison between the estimated and measured tensions using the fitted equation produced a strong performance and/or great on all items analyzed. Field validation of the fitted models was conducted by comparative analysis between the frequencies obtained from the FDR sensors and the tensiometers during the first harvesting year. For the second harvesting year, the technique of filter paper was tested. It resulted in the following equations to fit the water retention curves for the soil: &#952;=0,3843*T^(-0,381) (1st layer), &#952;=0,4381*T^(-0,372) (2nd layer) and &#952;=0,4103*T^(-0,34) (3rd layer). In addition, the instantaneous profile method for evaluating the hydraulic conductivity was applied. Were application depth was applied as a treatment for analyzing some physiological characteristics of the crop. The treatments showed statistical differences for stomatal conductance and transpiration, T4 (&#1012;= 1.3 of field capacity) being superior to the others to a 0.05 confidence level. kc values ranged between treatments from 0.74 to 1.06 (18 DAP), 0.98 to 1.52 (45 DAP) and 0.67 to 0.85 (59 DAP). Crop yield ranged from 13.019 to 25.867 Mg between treatments. The efficiency of water use ranged from 4.17 to 6.95 kg m-3. The use of the sensor allows for real time measurement of soil water potential and soil moisture, enabling a more secure monitoring and decision making.

Agriculture when only focused on production leads to an unsustainable use of inputs with negative consequences to the environment and human health. One consequence of the excessive use of fertilizers is the pollution of surface and underground water resources in agricultural eco-systems and their boundaries. The Brazilian Cerrado has been suffering the transformations of the intensive agriculture during the last decades. Due to the poor fertility of soils, in general very sandy and of low pH, the use of agricultural inputs is intensified and the nutrient downward transport by leaching becomes a serious problem in different regions. Information about the current use practices of fertilizer use in the Cerrado environment must be gathered for a healthy transition of this biome. Models based on physical and chemical processes are useful tools to simulate water and nutrient dynamics in agricultural systems, including the related losses due to adopted managements. They have the potential to evaluate different scenarios to predict outcomings of such practices. Among the available models for such processes, SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant model) has been used under several agronomic conditions to describe hydrologic processes, and ANIMO (Nitrogen in Agriculture model) to simulate N cycling in agricultural systems. Our study presents an application of SWAP to adult perennial coffee crops along one productive cycle, with focus on deep drainage losses and irrigation management in a representative Brazilian Cerrado management system. The SWAP/ANIMO combination was used in this study to simulate N absorption by coffee plants and N leaching in the form NO3-N, as a result of an intensive fertilizer management practice. The ANIMO program was calibrated in relation to one N treatment, of 400 kg ha-1 year-1, and was evaluated with independent data of NO3-N in soil solution of another treatment of 800 kg ha-1 year-1. The yearly water balance (WB) obtained from SWAP was similar to that obtained through a sequential climatologic WB of Thornthwaite and Matter. However, the monthly deep drainage values obtained by SWAP as compared to the WB values presented differences with a determination coefficient of 0.77 in a linearization of the results. Irrigation scenarios with intervals of 3(IF3), 5(IF5), 10 (IF10) e 15 (IF15) days between water applications were simulated by SWAP and compared with the irrigation management practiced in the farm where the experiment was carried out. These simulations showed for longer intervals (IF15) drainage losses were smaller, water productivity higher, as well as relative productivity. Measurements of N absorption by plants obtained experimentally were similar to ANIMO simulations. Sensitivity analyses of the model showed that leaching and soil solution concentration of NO3-N are sensitive to soil pH and temperature of the decomposition processes. We conclude that the combination of SWAP with ANIMO was efficient for the description of the N cycle in a Cerrado soil-plant-atmosphere system / A agricultura focada apenas na produção leva ao uso insustentável de recursos resultando em consequências negativas para o meio ambiente e a saúde humana. Uma consequência do uso excessivo de fertilizantes é a contaminação dos recursos hídricos subterrâneos e superficiais em ecossistemas agrícolas e nos seus arredores. Devido o solo da região do Cerrado ser pobre em nutrientes, predominantemente arenoso e com alta acidez, o uso de insumos agrícolas é intensificado e o transporte químico de nutrientes via lixiviação é um problema para a agricultura intensiva nas diferentes regiões. Informações sobre as atuais práticas de uso de fertilizantes e seus efeitos no ambiente de Cerrado precisam ser coletadas para reduzir os impactos da agricultura nesse ecossistema. Modelos baseados em processos físicos e químicos são ferramentas úteis para simular a dinâmica da água e nutrientes no meio agrícola e as perdas associadas aos manejos adotados, com potencial para avaliar diferentes cenários de previsão dos resultados dessas práticas. Entre os modelos baseados em processos, o SWAP (modelo Solo, Água, Atmosfera e Planta) tem sido utilizado com sucesso em várias condições agronômicas para descrever processos hídricos, e o ANIMO (modelo de nitrogênio na agricultura) para simular o ciclo do nitrogênio em sistemas agrícolas. Nosso estudo apresenta uma aplicação do SWAP para culturas de café perenes maduras ao longo de um ciclo produtivo, com foco nas perdas por drenagem e no manejo da irrigação em um sistema típico do Cerrado Brasileiro. A combinação dos modelos SWAP/ANIMO foi utilizada nesse estudo para simular a absorção de N pelas plantas de café e a lixiviação do nitrogênio na forma de nitrato (NO3-N) resultante de uma prática de manejo de fertilizantes intensiva. O ANIMO foi calibrado para o cenário correspondente à aplicação de 400 kg ha-1 ano-1 de fertilizante mineral, e foi avaliado com dados independentes de NO3-N na solução do solo medidos em parcelas de outro tratamento que receberam 800 kg ha-1 ano-1. O balanço hídrico anual obtido pelo SWAP foi semelhante ao obtido pelo balanço sequencial climatológico, de Thornthwaite e Matter. No entanto, os valores mensais de drenagem profunda obtidos pelo SWAP e comparados com os resultados do balanço climatológico apresentaram diferenças, com um coeficiente de determinação de 0,77 na linearização dos resultados. Cenários de irrigação com intervalos de 3 (IF3), 5 (IF5), 10 (IF10) e 15 (IF15) dias entre aplicações de água foram simulados utilizando o SWAP e comparados com a prática de manejo da fazenda onde o estudo experimental foi realizado. As simulações dos cenários com o SWAP mostraram que as irrigações com intervalos mais longos (IF15) apresentam menores quantidades de perdas por drenagem, maior produtividade da água e produtividade relativa da cultura. As medidas de absorção de N pelas plantas obtidas experimentalmente foram similares às estimativas do modelo ANIMO. As analises de sensibilidade do modelo mostraram que as previsões da lixiviação e concentração de NO3-N na solução do solo são sensíveis às variáveis pH do solo e temperatura de referência dos processos de decomposição. Conclui-se que a combinação dos modelos unidimensionais baseados em processos SWAP/ANIMO foi eficaz na descrição do ciclo do N avaliado no sistema solo-planta do Cerrado