A cana-de-açúcar é uma cultura de grande expressão em vários estados brasileiros. Para que a mesma apresente bons níveis de produtividade, quer seja nas áreas tradicionais de cultivo ou nas áreas em expansão, é de extrema importância que haja a seleção e alocação das diferentes variedades de acordo com os ambientes de produção, os quais envolvem aspectos relacionados à qualidade dos solos e aos níveis esperados de produtividade em função disso. Apesar da importância do ambiente de produção para o manejo varietal e operacional do canavial, este não considera aspectos relacionados ao clima dos locais de cultivo. Sendo assim, o presente estudo buscou desenvolver um procedimento para a obtenção de classes de ambientes de produção para a cultura da cana-de-açúcar sob o enfoque climático, por meio do uso de modelos agrometeorológicos de estimativa das produtividades potencial e atingível, e da eficiência climática resultante dessas. A partir da utilização do modelo da Zona Agroecológica (modelo FAO), associado à penalização da produtividade pelo déficit hídrico, foi calculada a produtividade potencial e a produtividade atingível da cultura da cana-de-açúcar em 178 localidades do estado de São Paulo. Por meio do quociente entre essas produtividades, estimou-se a eficiência climática (). Tanto as variáveis climáticas como as produtividades foram espacializadas por meio da técnica de regressão em que foram utilizadas coordenadas geográficas integradas. Foi calculado o balanço hídrico climatológico normal, na escala mensal, para a caracterização climática do Estado, e o balanço hídrico seqüencial, na escala decendial, para a penalização da produtividade potencial pelo déficit hídrico e obtenção da produtividade atingível. O balanço hídrico foi determinado de acordo com o método proposto por Thornthwaite e Mather (1955) e a evapotranspiração de referência foi calculada utilizando-se a equação de Priestley e Taylor (1972). Essas simulações foram realizadas considerando-se períodos de 30 anos de dados, de 1973 a 2003, disponibilizados pelo SIGRH/DAEE-SP. Foram consideradas cinco épocas de plantio para a cana planta (fevereiro, março, julho, setembro e outubro) e três ciclos de maturação para a cana-soca (precoce, média e tardia). Foi inserido no modelo agrometeorológico empregado um fator de penalização das produtividades potencial e atingível pela ocorrência de baixas temperaturas do ar. De acordo com os mapas, foi possível propor uma classificação dos ambientes com base na produtividade atingível, a qual variou de 50 até 100 t ha-1 e com base nos valores obtidos de eficiência climática, que variaram de 0,35 a 0,65. Conclui-se com isso, que o modelo agrometeorológico apresentou desempenho satisfatório, possibilitando juntamente com o emprego de um sistema de informações geográficas, a obtenção das classes climáticas dos ambientes de produção para a cultura da cana-de-açúcar, que poderão subsidiar o planejamento das usinas quanto aos manejos varietal e operacional dos canaviais. / Sugarcane is a crop of great expression in several Brazilian states. For obtaining success, with high yield levels, in both traditional and expanding areas, it is very important that the selection and allocation of different varieties be done according to the production environments, which normally involve aspects related to the soil quality and the expected yield levels associated to that. Even considering the importance of the production environment concept for the varietal and operational management in the sugarcane mills, it does not consider aspects related to the climate conditions of the production areas. Based on that, the present study aimed to develop a procedure for obtaining the classification of the sugarcane production environments according to the climatic conditions, by the use of agrometeorological models for estimating potential (PP) and attainable (PA) yields, and the resulting climatic efficiency (). This study used the association of the FAO Agro-ecological Zone model and the water deficit depletion model respectively for estimating PP and PA for sugarcane crop in 178 locations in the state of São Paulo. The was calculated by the ratio between PA and PP. All the variables related to the climate and to the yield were spacialized by the multiple linear regression technique, which uses the geographic coordinates, altitude and their integration as independent variables. The monthly normal water balance was used to characterize the climate and the water availability conditions of the state, while the 10-day serial water balance was used to characterize the water deficit during the crop cycle for each year of the historical series. The water balance was determined by the Thornthwaite and Mather (1955) method and the reference evapotranspiration was estimated by the Priestley and Taylor (1972) equation. The sugarcane crop yield were simulated for a 31-year period, from 1973 to 2003, with data obtained from SIGRH/DAEE-SP. For such simulations five planting dates were considered for plant crop (February, March, July, September and October) and three cycles of maturation for ratoon crop (early, medium and late). A low temperature depletion factor was introduced in the yield models for considering the negative effect of frosts on sugarcane crop. According to the maps generated, it was possible to propose a production environment classification based on PA, which ranged from 50 to 100 t ha-1, and also based on , which varied between 0.35 and 0.65. These data when applied to a geographical information system (GIS) allowed to classify the production environments not only by using soil data but also using the classes defined by the climatic conditions, giving subsides for the crop planning, variety management and operational activities.

Com os significativos índices de desmatamento na região Amazônica, grande é a preocupação sobre os efeitos que essa mudança na cobertura vegetal pode ter sobre a dinâmica climática e pluviométrica dessa região, como também em outras localidades do Brasil. Dentro desse contexto, o presente trabalho teve como objetivo verificar se os atuais índices de desmatamento em Rondônia, ocorridos nos últimos 30 anos, são suficientes para contribuir para a modificação do regime hídrico e pluviométrico. Os dados utilizados no presente estudo foram obtidos juntos à Agência Nacional de Águas ANA e são provenientes de 29 postos pluviométricos instalados no estado de Rondônia. Essa é uma região de pequena disponibilidade de dados meteorológicos devido à colonização recente, sendo que as séries dificilmente passam de 30 anos de dados. Além disso, essas séries são comprometidas por falhas na coleta de dados, que em algumas localidades chegam a apresentar mais de um ano sem registro. Para que as análises fossem possíveis, foi realizado o preenchimento das falhas nas séries de dados através do gerador de dados CLIMGEN. Em seguida, os dados foram analisados pelo método de Duplas Massas para que eventuais falhas e inconsistências nas séries preenchidas pelo CLIMGEN fossem detectadas. Como passo seguinte, os dados foram submetidos ao ajuste de distribuição de probabilidade pela função Gama, para que fossem identificadas regiões homogêneas quanto à distribuição de probabilidade da chuva em Rondônia. Acompanhando essa análise foi utilizada a análise de agrupamento para que fossem identificas as localidades e os meses com precipitação semelhante. Finalmente, os dados de precipitação foram submetidos ao teste de tendência Mann- Kendall, assim como as variáveis do balanço hídrico seqüencial das localidades de Ouro Preto dOeste e Porto Velho. Os resultados mostram que o CLIMGEN é uma ferramenta que pode ser utilizada no preenchimento de falhas em séries de dados em Rondônia, porém o método de Duplas Massas identificou inconsistências em duas localidades, sendo que as mesmas foram descartadas nas análises seguintes. Quanto à função gama foi verificado um menor grau de assimetria na distribuição de probabilidade da precipitação nos meses mais chuvosos. Nos meses secos, junho, julho e agosto, a distribuição de probabilidade da precipitação é mais assimétrica, sendo semelhante entre todas as localidades. Acompanhando a distribuição gama, a análise de agrupamento mostrou uma heterogeneidade espacial na distribuição da precipitação. Finalmente, as análises de tendência não identificaram mudanças sistemáticas que indiquem que o estado de Rondônia esteja passando por mudanças no regime pluviométrico no período analisado, sendo as tendências observadas possivelmente decorrentes da variabilidade climática natural. As séries de temperatura máxima e mínima de Porto Velho e Ouro Preto dOeste apresentaram tendências, com indícios de aumento principalmente da temperatura mínima. Quanto às análises de tendência nas variáveis do balanço hídrico foram verificadas tendências de aumento principalmente da ETR e ETP. Os resultados permitiram concluir que apesar do significativo aumento da área desmatada em Rondônia, isso ainda não foi suficiente para que mudanças no clima fossem identificadas, sendo necessárias análises de séries mais longas. / Amazon deforestation rate has been significant, resulting in a great concern about the effect that the reduction of the forest can have on the climatic dynamics in this region, as well as in other brazilian locations. In such context, the present work aimed to verify if the current rate of deforestation in Rondônia, last 30 years has been contributed for changes in the rainfall and balance patterns. Data from 29 rainfall stations in Rondônia State which belongs to the National Water Agency ANA were used for this purpose. This is a region of small availability of weather data due to recent settling, with the data series hardly passing of 30 years. Moreover, those data series are compromised by imperfections in the collection of data, resulting in missing data. To have this study feasible, the through the weather missing data were filled out data generator CLIMGEN. After that, the data was analyzed by the method of Double Masses so that imperfections and inconsistencies in the series filled out with CLIMGEN were detected. As a next step, the data were submitted to the adjustment of the Gamma distribution of probability to identify homogeneous regions in relation to the rainfall distribution of probability in Rondônia. Sveh analysis was applied to identify the localities and months with similar rainfall pattern. Finally, the rainfall data was submitted to Mann-Kendall trend test, as well as the variables of the sequential water balance in Ouro Preto dOeste and Porto Velho locations. The results showed that the CLIMGEN is a tool that can be used to fill out missing data in series of Rondônia; however the method of Double Masses identified inconsistencies in two localities, which were not considered in the analyses. The Gamma distribution function presented a smaller degree of asymmetry in the distribution of rainfall probability in the rainy months. Dry months, like in June, July and August, the distribution of rainfall probability is more asymmetrical, being similar among all evaluated locations. Following Gamma the distribution, the cluster analysis showed spatial heterogeneity in the rainfall distribution. Finally, the tendency analyses did not identified systematic changes which indicated that Rondônia State is having changes in the rainfall pattern during the analyzed period, being verified only oscillations of natural order in the climate. The series of maximum and minimum temperature of Porto Velho and Ouro Preto dOeste presented positive tendency, mainly in the minimum temperature. For the variables of the water balance, positive tendencies were detected for ETR and ETP. The results allowed to conclude that although the significant increase of the deforested area in Rondônia, this was not enough yet to cause changes in the climate, being necessary analyses of longer series.

O conhecimento dos processos que constituem a equação do balanço hídrico do solo, ou simplesmente os componentes do balanço de água no solo em campo cultivado é importante, por exemplo, para detectar corretamente períodos de déficits hídricos durante o ciclo das culturas, para indicar a necessidade de irrigação e indicar perdas de nutrientes por lixiviação. Uma vez que estes componentes podem variar no espaço e no tempo, o estudo da estabilidade temporal da variabilidade espacial deles é essencial para determinar adequadamente os pontos de observação no campo (locais) para monitorar a água do solo com precisão e esforço amostral reduzido. Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar os componentes do balanço da água (especificamente a variação de armazenamento de água do solo, drenagem interna e evapotranspiração real) em um Latossolo Vermelho-Amarelo cultivado com milho e analisar a variabilidade espacial e temporal por meio da técnica de estabilidade temporal. O estudo foi realizado em uma área do campus da ESALQ/USP, município de Piracicaba, Estado de São Paulo, Brasil (22 º 42 \'43,3 \"S; 47 º 37\' 10,4\" W, 546 m). O relevo da área experimental, que tem 1.500 m², é plano com 60 tubos de alumínio instalados para acesso há uma sonda de nêutrons e 120 tensiômetros com manômetro de mercúrio (60 na profundidade de 0,75 m e 60 na profundidade de 0,85 m). Isso nos permitiu estimar a densidade de fluxo do solo na profundidade do solo 0,80 m por meio da equação de Darcy-Buckingham e o armazenamento de água no solo na camada de 0,0-0,80 m ao longo do ciclo da cultura. A precipitação foi medida por meio de um pluviômetro instalado no centro da área experimental e a evaporação real foi considerada como desconhecida da equação do balanço hídrico. O estudo foi realizado dividindo o ciclo de cultivo em 13 períodos (P1 a P13). O uso da estatística descritiva foi útil para mostrar a variação do comportamento dos dados após a remoção dos pontos discrepantes em alguns períodos. Pelo uso da técnica da estabilidade temporal, foi possível concluir os locais amostrais (pontos) que melhor representaram a drenagem interna no campo foram os pontos 60 e 22 e para armazenamento da água do solo foram os pontos 52 e 49, de modo que em futuras determinações, os equipamentos devem ser instalados nestes locais. Os coeficientes de correlação de Spearman entre os períodos indicam estabilidade temporal para o armazenamento de água no solo, independentemente do teor de água do solo. Para drenagem interna e evapotranspiração real, os valores desses coeficientes foram geralmente baixos, indicando que não há estabilidade temporal. / The knowledge of the process that constitute the soil water balance equation or simply the soil water balance components in field cropping is important, for instance, to correctly detected water deficits periods during the crops cycle, to indicate the need for irrigation and to present nutrient losses by leaching. Since these components can vary in space and time, the study of temporal stability of spatial variability of them is essential to adequality determine the observation points (locations) in the field to monitor soil water with precision and reduced sampling effort. Thus, the objective of this work is to access soil water balance components (specifically soil water storage variation, internal drainage and actual evapotranspiration) in an Oxisol cropped with maize and to analyze spatial and temporal variability technique. The study was carried out in an area of ESALQ/USP campus, county of Piracicaba, State of Sao Paulo, Brazil (22º 42 43,3 S; 47º 37 10,4 W, 546 m). The relief of the experimental area, that has 1,500 m², is plane and is instrumental with 60 aluminium tubes to access a neutron probe and 120 mercury manometer tensiometers (60 at the soil depth of 0.75 m and 60 at the depth of 0.85 m). This enabled us to estimate the soil flux density at the 0.80 m soil depth by Darcy-Buckingham equation and the soil water storage in the 0.0-0.80 m layer along the crop cycle. Rainfall was measured by means of a rain gauge installed in the center of the experimental area and actual evaporation was evaluated as the unknown of the soil water balance equation. The study was carried out diving the crop cycle in 13 periods (P1 to P13). The use of descriptive statistics was useful to show the date behavior variation after outliers removal in some periods. By using the temporal stability technique, it was possible to include that represented locations (points) that better represented the internal drainage in the field were points 60 and 22 those for soil water storage were points 52 and 49, so that in future determinations, equipments should be installed in these locations. Spearman correlation coefficients between periods indicated temporal stability for soil water storage independently of the soil water content. For internal drainage and actual evapotranspiration, values of these coefficients were generally low, indicating no temporal stability.

Esta tese teve por objetivo verificar como expansões de área irrigada no país aumentariam o uso de água regional. Para isso, os cenários descritos no Plano Nacional de Recursos Hídricos (PNRH) foram utilizados como política de expansão para a irrigação no país. Os cenários descritos são cenário 1 (água para todos), cenário 2 (água para alguns) e cenário 3 (água para poucos), e são situações hipotéticas reportadas pelo plano. Estes cenários foram adaptados com as informações de áreas potencialmente irrigáveis descritas no estudo do Ministério da Integração Nacional (MI) sobre a Análise Territorial para o Desenvolvimento da Agricultura Irrigada. Para tal, utilizou-se um modelo computável de equilíbrio geral denominado TERM-BR, um modelo dinâmico, bottom-up, inter-regional para as simulações dos cenários de demanda futura para o uso da água. O método de Thornthwaite e Mather foi utilizado para estimar o balanço hídrico climatológico (CWB) para os estados do Nordeste e com isso avaliar a situação da disponibilidade hídrica em condições determinadas nessa região. Diversos trabalhos foram utilizados na elaboração da base de dados com informações municipais (agricultura e consumo humano) e informações estaduais (pecuária e indústria), produtividade das culturas, áreas plantadas e colhidas também foram utilizadas. Os resultados simulados sugerem que as expansões de área irrigada proporcionariam mudanças positivas nas variáveis macroeconômicos como consumo das famílias, investimento, gastos do governo, exportações, PIB para o país. Em relação as variáveis macroeconômicas regionais, o estado do Mato Grosso se destacaria em todos os cenários e apresentaria uma mudança no PIB e investimento maior no cenário 1. Expansões de área irrigada na região Centro-Oeste e Norte são viáveis em todos os cenários, especialmente nos estados do Mato Grosso, Goiás, Tocantins, Pará e Minas Gerais na região Sudeste. A maior mudança percentual no uso da água ocorreria na soja e no algodão e o maior volume de uso de água (milhões de metros cúbicos) ocorreria na cultura da cana de açúcar e no arroz. Os resultados da interação entre o modelo TERM-BR e o método de CWB para os estados do Nordeste indicam que os estados de Alagoas e Pernambuco seriam os mais propensos a ter problemas com a disponibilidade hídrica. O aumento no uso de água por região hidrográfica é condizente com o proposto no PNRH e esse aumento deveria ser maior nas regiões hidrográficas do Tocantins-Araguaia (Tocantins, Pará, Mato Grosso e Goiás) e no Atlântico Nordeste Ocidental nos estados do Maranhão e Pará. / This dissertation aimed to verify how expansions of irrigated area in the country would increase the regional water use. For this, the scenarios described in the National Water Resources Plan (PNRH in Portuguese) were used as policy for expansion of irrigation in the country. The scenarios related are scenario 1 (water for all), scenario 2 (water for some) and scenario 3 (water for few), and are hypothetical situations reported by the plan. These scenarios were adapted with the information about irrigable areas described by Ministry of National Integration (MI) on the Territorial Analysis for the Development of Irrigated Agriculture. A computable general equilibrium model namely TERM-BR was used in the simulation, this is dynamic, bottom-up, interregional model for simulations of scenarios for water. The Thornthwaite and Mather method was employed to estimate the Climatic Water Balance (CWB) for Northeastern states and to assess the water availability situation under specific conditions in that region. Several studies were compiled to elaborate the database; some with municipal information (agriculture and human consumption) and others with state information (livestock and industry). Crop productivity, and planted and harvested areas were also used. The results suggest that the expansions in the national irrigated areas would provide positive changes in macroeconomic variables such as household consumption, investment, government spending, exports, and national GDP. Mato Grosso state would stand out in all the scenarios regarding regional macroeconomic variables, and change in regional GDP and investment would be greater in scenario 1. Expansions in the Center-West and North regions are feasible in all scenarios, especially in Mato Grosso, Goiás, Tocantins, Pará and Minas Gerais state. The highest percentage change in water use would occur in soybeans and cotton crops and the largest volume of water use (millions of cubic meters) would occur in sugar cane and rice crop. The results for the interaction between the TERM-BR model and CWB method for the Northeastern states indicate that, Alagoas and Pernambuco state would be the most likely to have problems with water availability. The increase in water use by hydrographic region is consistent with that proposed in the PNRH, and this increase should be higher in the Tocantins-Araguaia hydrographic regions (Tocantins, Pará, Mato Grosso and Goiás) and in the Western Northeast Atlantic in Maranhão and Pará state.

A ocorrência de potenciais de ação e neurotransmissores, componentes principais do sistema nervoso animal, em plantas, bactérias e fungos mostra a universalidade dos princípios de sinalização e transmissão de informações na forma de sinais químicos e elétricos em todos os organismos. Esses tópicos de estudo, juntamente com inteligência em plantas e transporte vesicular de auxina, constituem as linhas de pesquisa principais da recém-criada Neurobiologia Vegetal. Entre os neurotransmissores encontrados em plantas, a acetilcolina atua, entre outras situações, no crescimento e desenvolvimento controlado pelo fitocromo e na permeabilidade iônica de membranas. Nesse contexto, foi sugerido que a acetilcolina pode desempenhar um papel importante na regulação do movimento estomático, tendo efeito estimulatório na abertura dos estômatos além de poder atuar na sinalização entre raiz e parte aérea. Dessa forma, foi proposto identificar a presença deste neurotransmissor em plantas de milho hidratadas e submetidas a estresse hídrico, com o objetivo de correlacionar a presença de acetilcolina com as respostas estomáticas de tais plantas. Além disso, foi objetivo do trabalho avaliar parâmetros fisiológicos como potencial hídrico, condutância estomática, transpiração e fotossíntese líquida e suas possíveis relações com a acetilcolina em três folhas das plantas hidratadas e estressadas. Para tanto, foi montado um experimento em blocos casualizados em esquema fatorial (2x3). Os fatores foram: água, nos níveis de hidratação e estresse, e idade das folhas nos níveis folha 4 (mais velha), folha 5 (idade intermediária) e folha 7 (mais jovem). As plantas foram divididas em 20 blocos, contendo uma planta hidratada e uma sob estresse cada e as análises fisiológicas feitas nas três folhas. As plantas foram colocadas em câmara de crescimento tipo BOD com controle de iluminação e temperatura. Após análises fisiológicas, as folhas foram utilizadas para extração e determinação de acetilcolina. Os extratos purificados e secos foram submetidos à pirólise e cromatografia gasosa e as substâncias identificadas por espectrometria de massas. Não foi detectada acetilcolina nas plantas, apesar de estudos anteriores demonstrarem sua ocorrência em folhas e sementes de milho. Hipóteses foram levantadas para explicar tal fato. Quanto as variáveis fisiológicas, o déficit hídrico reduziu em aproximadamente 59% a transpiração, em 65% a condutância estomática e em 59% a fotossíntese das plantas. Condutância estomática e transpiração, condutância e fotossíntese, e transpiração e fotossíntese apresentaram intensa correlação. Já o potencial hídrico teve baixa correlação com essas variáveis. Quanto ao fator idade, folhas 7 apresentaram maiores valores de fotossíntese, condutância e transpiração que as folhas 4 e 5. / The occurrence of action potential and neurotransmitters, the major components of animal nervous system, in plants, bacteria and fungi, shows the universality of signaling principles and information transmission in the way of chemical and electrical signals in all organisms. These study topics, along with plant intelligence and vesicular-based auxin transport, constitute the major research lines of the newly created Plant Neurobiology. Among the neurotransmitters found in plants, the acetylcholine plays a role in phytochromecontrolled growth and development and in membrane ion permeability. In this context, it was suggested that acetylcholine can play an important role in the regulation of stomatal movements, having stimulatory effect in the stomatal opening. In addition it can play a role in root-to-shoot signaling process. Therefore, it was proposed to identify the presence of this neurotransmitter in maize plants hydrated and under water stress, with the aim of correlating the presence of acetylcholine with the stomatal responses of such plants. Moreover, another aim of the study was to evaluate physiological parameters like water potential, stomatal conductance, transpiration rate and net photosynthetic rate and their possible relationship with the acetylcholine in three leaves of hydrated and stressed plants. Therefore, an experiment was set up in randomized block design in 2x3 factorial. The factors were: water, in the levels of hydration and stress, and leaves age in the levels leaf 4 (older), leaf 5 (intermediary age) and leaf 7 (younger). The plants were divided in 20 blocks, and each one has had one hydrated plant and one stressed plant and the physiological analysis was made in three leaves. The plants were placed in B.O.D. growth chamber under controlled conditions of light and temperature. After the physiological analysis, the leaves were used to extraction and determination of acetylcholine. The dried and purified extracts were subjected to pyrolysis and gas chromatography and the substances identified by mass spectrometry. The acetylcholine was not detected in plants, although earlier studies have had demonstrated its occurrence in maize leaves and seeds. Hypotheses were elaborated to explain such fact. Regarding the physiological variables, water stress reduced the plants transpiration rate in 59%, stomatal conductance in 65% and net photosynthesis in 59%. Stomatal conductance, transpiration and photosynthesis were strongly related. On the other hand, the water potential showed weak correlation with that variable. As for the age factor, leaves 7 had higher photosynthetic rates, conductance and transpiration than the leaves 4 and 5.

In 2016 the Iowa Watershed Approach (IWA) was created to increase community resiliency against flooding, to develop hydrologic assessments that would identify strategies to reduce flooding, and to implement those strategies within nine identified watersheds that experienced flooding between 2011 and 2013. One of the nine watersheds was the Upper Iowa watershed located in northeast Iowa. This thesis focuses on the work that has been done to create a hydrologic assessment of the Upper Iowa watershed. The hydrologic assessment identifies potential conservation practices, creates a hydrologic model to assess the hydrologic cycle over the past ten years, and identifies strategies to reduce flooding within the watershed. Many potential agricultural conservation practices within the Upper Iowa watershed were identified and trends relating to the soil, land use, and topography were determined. In addition, a methodology to compare potential conservation practices with existing conservation practices actually in place was developed including a tool to estimate the size of grassed waterways to NRCS design guidelines. The comparison validated the methodologies used to identify potential practice placements, identified locations where potential practices could be implemented, and showed how stakeholder preferences influence conservation implementation. Additionally, a hydrologic model of the Upper Iowa watershed was developed, using the new Generic Hydrologic Overland-Subsurface Toolset model and calibrated to simulate the time period of 2007 through 2016. The model was evaluated against water balance ratios and performance statistics calculated from measured data. The model achieved Nash Sutcliffe Efficiency scores for streamflow above 0.7 and percent bias scores between ±12% for the three wettest years of 2008, 2013, and 2016. With the calibrated model, the benefits of continuous cover crop implementation were investigated under current conditions and under increased extreme precipitation intensity expected from climate change over the next half century. The results of this investigation determined that continuous cover crops increased evapotranspiration within the early half of the year creating more storage within the soil. Thus the flood risk from convective storms during the summer was lowered. In addition, the benefits from cover crops in terms of peak flow and volume reductions were cumulative increasing each consecutive year and were proportional to the percentage of cover cropped area. Lastly, a scenario using cover crops in a future extreme precipitation environment resulted in a reduction of peak discharge to current conditions. The results of this thesis will guide both future work within the Upper Iowa watershed and contribute to the knowledge of hydrologic planning and modeling within agricultural watersheds.

Oil palm is a perennial evergreen crop which stands out as the crop with the highest oil production per planted area among the oilseeds. The main objective of this thesis was to determine the oil palm water requirement in two different edaphoclimatic Brazilian conditions. Specifically, this study aimed to: (i) quantify actual evapotranspiration (ETa), develop crop coefficients (Kc and Kcb), and determine the relationship between the basal crop coefficient (Kcb) and leaf area index (LAI) of young irrigated oil palm growing under the Brazilian Humid Subtropical conditions; (ii) determine the spatiotemporal variation of oil palm evapotranspiration from adjusted satellite images, as well as the adjusted crop coefficient (Kcadj) and its components under Amazon climate conditions. To compute the water requirement of young oil palm trees, we used a large and precise weighing lysimeter (4.0 m diameter x 1.3 m depth) installed in Piracicaba, SP, Brazil. Crop coefficients were obtained by dividing lysimetric measurements over 24 h period by reference evapotranspiration (ETo) calculated by the Penman-Monteith method (FAO-56) and LAI measurements were performed by using the LAI-2200 Plant Canopy Analyzer. Lysimetric measurements showed that ETa and transpiration young oil palm were 2.50 ± 1.39 mm d-1 and 1.43 ± 1.09 mm d-1, respectively, and the corresponding Kc and Kcb were 0.71 and 0.41, respectively. Average Kcadj for plants between 18- and 33-month-old was 0.08 and is recommended only for drip irrigation as it is the result of an adjustment that depends on ground coverage and crop spacing. The Kcb-LAI relationship obtained for oil palm was Kcb = 0.5895 LAI - 0.6674 (R2 = 0.9856) and can be useful to estimate oil palm water use from LAI measurements. To determine the oil palm water use in the Eastern Brazilian Amazon, a remote-sensing-based ET and water balance model was performed over an 8-year consecutive period in a commercial oil palm site near Moju, Pará, Brazil. The results of the water balance model revealed that under Amazon climate influence, the multi-year average of daily and total ETa was about 3.4 ± 0.4 mm d-1 and 1229 ± 127.2 mm yr-1. The oil palm water requirements were lower during the dry season (364.7 ± 88.94 mm) comparing to the rainy period (864.4 ± 80.91 mm) as a result of eventual water stress. In an annual average basis, Kcadj was 0.87 ± 0.42, Kcb for the two first growing years was 0.78 ± 0.29, reaching an average of 1.16 ± 0.04 from the third cropping year. The correlation between in situ measured and modeled oil palm fresh fruit bunches (FFB) yields was described by a linear function (Yieldmod = 0.7626 Yieldmeas + 538.64; R2 = 0.9913). In summary, this thesis presents interesting results on palm oil needs in two Brazilian regions, which may be of fundamental importance in establishing strategies to improve the efficiency of water use in palm plantations. / A palma de óleo, ou dendezeiro, é uma cultura perene que se destaca pela maior produção de óleo por área plantada entre as oleaginosas. O principal objetivo desta Tese foi determinar a exigência de água pela palma de óleo em duas condições edafoclimáticas brasileiras distintas. Especificamente, este estudo objetivou: (i) quantificar a evapotranspiração real (ETa), obter coeficientes de cultura (Kc e Kcb) e determinar a relação entre o coeficiente de cultura basal (Kcb) e índice de área foliar (IAF) de plantas jovens de palma de óleo irrigadas em condições subtropicais úmidas; (ii) determinar a variação espaço-temporal da evapotranspiração da palma de óleo a partir de imagens de satélite ajustadas, bem como o coeficiente de cultura ajustado (Kcadj) e seus componentes sob condições climáticas da Amazônia. A necessidade hídrica de dendezeiros jovens foi determinada a partir de leituras feitas por um lisímetro de pesagem de precisão (4,0 m de diâmetro x 1,3 m de profundidade) instalado em Piracicaba, SP, Brasil. Os coeficientes de cultura foram obtidos dividindo-se as medidas lisimétricas no período de 24 h pela evapotranspiração de referência (ETo) calculada pelo método de Penman-Monteith (FAO-56) e as medidas de IAF foram realizadas por meio do analisador de área foliar LAI-2200. As medidas lisimétricas mostraram que a ETa e a transpiração da palma de óleo jovem foram 2,50 ± 1,39 mm d-1 e 1,43 ± 1,09 mm d-1, respectivamente, e os correspondentes Kc e Kcb foram 0,71 e 0,41, respectivamente. Kcadj médio para plantas entre 18 e 33 meses de idade foi de 0,08 e é recomendado apenas para irrigação por gotejamento, uma vez que é o resultado de um ajuste dependente da cobertura do solo e do espaçamento entre culturas. A relação Kcb-IAF obtida para palma de óleo foi Kcb = 0,5895 IAF - 0,6674 (R2 = 0,9856) e pode ser útil para estimar o uso de água de dendê a partir de medidas de IAF. Para determinar o consumo hídrico da palma de óleo na Amazônia Oriental Brasileira, um modelo de balanço hídrico baseado em dados de sensoriamento remoto foi utilizado durante um período de 8 anos consecutivos em um cultivo comercial de palma de óleo no município de Moju, Pará, Brasil. Os resultados revelaram que, sob a influência do clima na Amazônia, a média plurianual da ETa diária e total foi de cerca de 3,4 ± 0,4 mm dsup>-1e 1229 ± 127,2 mm ano -1. As necessidades hídricas da palma de óleo foram menores durante a estação seca (364,7 ± 88,94 mm) em relação ao período chuvoso (864,4 ± 80,91 mm) em decorrência de eventuais situações de estresse hídrico. O Kcadj médio de todo o período foi 0,87 ± 0,42. O Kcb foi caracterizado por um contínuo crescimento nos dois primeiros anos de cultivo (média de 0,78 ± 0,29), o qual se estabilizou a partir do terceiro ano com valores médios 1,16 ± 0,04. A correlação entre os rendimentos de cachos de frutos frescos (CFF) medidos in situ e modelados foi descrita por uma função linear (Prodmod = 0,7626. Prodmed + 538,64; R2 = 0,9913). Por fim, esta Tese apresenta resultados interessantes sobre as necessidades de óleo de dendê em duas regiões brasileiras, os quais podem ser de fundamental importância no estabelecimento de estratégias para melhorar a eficiência do uso da água em plantações de dendê.

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<p>Water is essential for all life on earth. Global population increase and climate change are projected to increase the water stress, which already today is very high in many areas of the world. The differences between the largest and smallest global runoff estimates exceed the highest continental runoff estimates. These differences, which are caused by different modelling and measurement techniques together with large natural variabilities need to be further addressed. This thesis focuses on global water balance models that calculate global runoff, evaporation and water storage from precipitation and other climate data.</p><p>A new global water balance model, WASMOD-M was developed. Already when tuned against the volume error it reasonable produced within-year runoff patterns, but the volume error was not enough to confine the model parameter space. The parameter space and the simulated hydrograph could be better confined with, e.g., the Nash criterion. Calibration against snow-cover data confined the snow parameters better, although some equifinality still persisted. Thus, even the simple WASMOD-M showed signs of being overparameterised. </p><p>A simple regionalisation procedure that only utilised proximity contributed to calculate a global runoff estimate in line with earlier estimations. The need for better specifications of global runoff estimates was highlighted. </p><p>Global modellers depend on global data-sets that can have low quality in many areas. Major sources of uncertainty are precipitation and river regulation. A new routing method that utilises high-resolution flow network information in low-resolution calculations was developed and shown to perform well over all spatial scales, while the standard linear reservoir routing decreased in performance with decreasing resolution. This algorithm, called aggregated time-delay-histogram routing, is intended for inclusion in WASMOD-M.</p>

Intestinal HCO3- secretion and the excretion of resultant CaCO3 precipitates have become a recognized characteristic of seawater osmoregulation in teleosts; however, this is the first report of this osmoregulatory strategy outside of teleosts and also includes evidence for its use in green turtles, Chelonia mydas. Furthermore, the effects of feeding on intestinal HCO3- secretion were newly investigated in teleosts. Intestinal base secretion via apical Cl-/HCO3- exchange was found to increase following feeding, at a magnitude sufficient to offset the "alkaline tide" commonly associated with digestion. Intestinal HCO3- secretion in marine teleosts draws HCO3- from both endogenous (via hydration of intracellular CO2) and serosal (blood) sources, of which serosal HCO3- was found to contribute a greater proportion to the elevated postprandial intestinal base secretion measured in gulf toadfish, Opsanus beta. The mechanism by which this serosal HCO3- crosses the basolateral membrane for subsequent secretion into the intestinal lumen was confirmed in toadfish to be a basolateral Na+/HCO3- co-transporter, tfNBCe1. Furthermore, the isolated intestinal tissue was found to have a high metabolic rate in both control and postprandial toadfish, with respect to that of the whole animal, and shows a considerable specific dynamic action (SDA) response to feeding. Overall, this dissertation provides evidence for the widespread use of intestinal HCO3- secretion as a strategy of marine osmoregulation across aquatic taxa, and also for its newly recognized involvement in postprandial acid-base balance.