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Thesis (M.Sc.)--University of Hong Kong, 1997. / Includes bibliographical references (leaf 86-89) Also available in print.

Leaf area index (LAI) is the most important variable influencing the penetration of solar radiation beams through the forest stand. Currently, the airborne laser scanning, as new indirect method, suggests itself for estimation of LAI. LAI was measured terrestrially using the hemispherical photographies analysis and compared with LiDAR Penetration Index - LPI. There were created several regression models describing the dependence of LAI and LPI with coefficients of determination from 0.71 up to 0.81. Leaf area index was also applied to the Beer-Lambert law for calculation of the solar radiation in forest stands. Practical application possibilities of LPI in forestry (estimation of stocking, optimization of shelterwood cuttings etc.) have been described in conclusion of this diploma thesis.

O conceito de ‘ecossistema’ emergiu da necessidade de compreender o caráter extremamente dinâmico da vegetação, interpretado a partir daí como o resultado da interação recíproca entre um dado complexo de organismos e seu conjunto amplo de fatores do ambiente físico. Um ramo das ciências ecológicas desenvolveu-se desse conceito, visando examinar o resultado de tais interações em termos de fluxos de energia, matéria e informação. Desenvolvimentos conceituais recentes apontam para uma concepção do ecossistema sob a ótica de um novo paradigma, para o qual aninhamento, hierarquia, decomposabilidade relativa, probabilidade e dependência de escala são critérios chave. Outro desenvolvimento importante, a análise de trajetórias, abriu a possibilidade de tratar a dinâmica e o funcionamento do ecossistema como fenômenos em múltiplas escalas. Incertezas metodológicas e ecológicas decorrem numa visão pouco nítida de como o funcionamento e a estrutura do ecossistema interagem sob a influência de um determinado conjunto de fatores de uso e do ambiente físico. A situação demanda uma abordagem analítica na qual classificações funcionais e estruturais sejam implementadas independentemente, com o fim de estabelecer ‘a posteriori’ quanto e como as classificações estão interconectadas. A tarefa é ainda mais desafiante, em termos de método e interpretação, quando consideramos o contexto hierárquico e complexo em que a análise deve ser feita e a dependência de definição dos resultados. Esta tese refere-se ao desenvolvimento de ferramentas conceituais e metodológicas para analisar a heterogeneidade funcional dos ecossistemas no espaço, em relação a fatores significativos de uso e do ambiente, e aos diferentes tipos de vegetação presentes numa determinada região. Com esse objetivo, adotamos o conceito de ‘Tipos Funcionais de Ecossistemas’ (TFEs), os quais reúnem unidades espaciais com padrão de funcionamento similar, sem considerar seus atributos estruturais, e avançamos num esquema classificatório de TFEs que permite capturar as respostas funcionais de curto prazo dos ecossistemas em cenários de mudanças ambientais e de uso altamente dinâmicas. Também examinamos a sensibilidade dos tipos funcionais de ecossistemas a diferentes definições de funcionamento e parâmetros de escala espacial. Os TFEs provaram ser sensíveis a estas variáveis analíticas, oferecendo assim a possibilidade de indagar a natureza multidimensional e multi-escala dos fenômenos do ecossistema. Os TFEs capturam eficientemente os aspectos mais relevantes da resposta sazonal da vegetação aos fatores do ambiente biofísico, provendo assim uma ferramenta útil para descrever a heterogeneidade espacial do funcionamento dos ecossistemas em domínios temporais e geográficos específicos. Nesta tese avançamos no reconhecimento e descrição dos principais tipos de paisagem no planalto basáltico do Rio Grande do Sul, e propomos mecanismos e controles responsáveis desses padrões característicos. Da associação espacial entre feições do terreno, solos, tipos de uso e vegetação, identificamos três tipos básicos de paisagens e definimos preliminarmente seu domínio espacial. Os resultados descrevem um forte relacionamento entre a distribuição dos grandes tipos fisionômicos de vegetação, os solos e os processos formadores de relevo. Assim sendo, os campos dominam onde relevo e solos indicam a ocorrência de remanescentes de uma antiga superfície de pediplanação, em quanto as florestas prevalecem onde os agentes geomorfológicos têm rejuvenescido a paisagem. Porém, com o objetivo de compreender os processos responsáveis destes padrões, é essencial fazer ‘downscaling’ desde a escala regional na qual os processos formadores de relevo e de solos dominam a diferenciação espacial de variáveis ecológicas, até a escala local na qual fatores biológicos e relacionados com o regime de distúrbio adquirem maior importância na produção de padrões de heterogeneidade espacial. Identificamos que a abordagem ecossistêmica funcional é a maneira mais promissora de relacionar processos de natureza tão divergente. / The ‘ecosystem’ concept emerged from the need for understanding the highly dynamic nature of the vegetation, interpreted from thereon as the reciprocal interaction among the organism-complex and a wide array of factors of the physical environment. A full branch of the ecological sciences developed from this concept, aimed to assessing the outcome of such interactions as flows of energy, matter and information. Recent conceptual developments points to a conception of ecosystem as an entity evolving under the influence of a novel paradigm, for which nestedness, hierarchy, relative decomposability, probability and scale-dependency are central. Another important development, trajectory analysis, opens the possibility to treat ecosystem dynamics and ecosystem functioning as multi-scale phenomena. Methodological and ecological uncertainties determine a rather fuzzy picture of how ecosystem function and structure interplay under the influence of some set of drivers of the physical environment and land use. The whole situation waits for an analytical path to be designed in which functional and structural classifications are carried out independently, in order to establish a posteriori whether they are connected and how they are connected. The task is even more defiant, both in terms of methods and interpretation, if we consider the already complex hierarchical context in which the analysis should be set and the definition-dependency of the outcome. This thesis is about the development of conceptual and analytical tools for analyzing the functional heterogeneity of the ecosystems in the space, in relation to meaningful environmental and land-use factors and to the different types of vegetation present over a given region. To that aim, we adopt the concept of Ecosystem Functional Types (EFTs), which enclose spatial units with similar functional patterns, no attention paid to their structure, and advance on an EFT classificatory scheme that allows capturing the short-term functional response of the ecosystems to environmental and land-use changes. Furthermore, we examine the effect of using different surrogates of ecosystem functioning on the resulting picture of functional patchiness. The effect of changing parameters of spatial scale is also tested. The Ecosystem Functional Types proved to be heavily definition-dependent and sensitive to spatial scale, which allows exploring the multi-dimensional and multi-scale nature of ecosystem phenomena. The EFTs efficiently capture the most relevant features of the seasonal response of the vegetation to the drivers of the biophysical environment, providing so a useful tool for depicting the spatial heterogeneity of ecosystem functioning in a given geographic and temporal domain. In this report we also accomplished the recognition and description of main landscape types in the basaltic tablelands of Rio Grande do Sul, and proposed mechanisms and controls responsible for their characteristic patterns. From the spatial association of terrain features, soils, land-use and vegetation, we identified three basic landscape types and broadly defined their spatial domain. The picture described tells of a rather close relationship among the distribution of the major physiognomic types of the vegetation, soils, land-use and land-forming processes. In this picture, the grasslands prevail where terrain and soil features suggest there are the remnants of an old pediplanation surface, while forests seems to dominate wherever geomorphic agents have rejuvenated the landscape. However, in order to understand the processes responsible of these patterns it is then essential to downscale from the regional realm where terrain and soil-forming phenomena dominate spatial differentiation, to the fine-scale processes at which biological and disturbance-related factors are most influential in the production of patterns of spatial heterogeneity. We identify the functional approach to the ecosystems as the most promising way to correlate processes of such a different nature.

O conceito de ‘ecossistema’ emergiu da necessidade de compreender o caráter extremamente dinâmico da vegetação, interpretado a partir daí como o resultado da interação recíproca entre um dado complexo de organismos e seu conjunto amplo de fatores do ambiente físico. Um ramo das ciências ecológicas desenvolveu-se desse conceito, visando examinar o resultado de tais interações em termos de fluxos de energia, matéria e informação. Desenvolvimentos conceituais recentes apontam para uma concepção do ecossistema sob a ótica de um novo paradigma, para o qual aninhamento, hierarquia, decomposabilidade relativa, probabilidade e dependência de escala são critérios chave. Outro desenvolvimento importante, a análise de trajetórias, abriu a possibilidade de tratar a dinâmica e o funcionamento do ecossistema como fenômenos em múltiplas escalas. Incertezas metodológicas e ecológicas decorrem numa visão pouco nítida de como o funcionamento e a estrutura do ecossistema interagem sob a influência de um determinado conjunto de fatores de uso e do ambiente físico. A situação demanda uma abordagem analítica na qual classificações funcionais e estruturais sejam implementadas independentemente, com o fim de estabelecer ‘a posteriori’ quanto e como as classificações estão interconectadas. A tarefa é ainda mais desafiante, em termos de método e interpretação, quando consideramos o contexto hierárquico e complexo em que a análise deve ser feita e a dependência de definição dos resultados. Esta tese refere-se ao desenvolvimento de ferramentas conceituais e metodológicas para analisar a heterogeneidade funcional dos ecossistemas no espaço, em relação a fatores significativos de uso e do ambiente, e aos diferentes tipos de vegetação presentes numa determinada região. Com esse objetivo, adotamos o conceito de ‘Tipos Funcionais de Ecossistemas’ (TFEs), os quais reúnem unidades espaciais com padrão de funcionamento similar, sem considerar seus atributos estruturais, e avançamos num esquema classificatório de TFEs que permite capturar as respostas funcionais de curto prazo dos ecossistemas em cenários de mudanças ambientais e de uso altamente dinâmicas. Também examinamos a sensibilidade dos tipos funcionais de ecossistemas a diferentes definições de funcionamento e parâmetros de escala espacial. Os TFEs provaram ser sensíveis a estas variáveis analíticas, oferecendo assim a possibilidade de indagar a natureza multidimensional e multi-escala dos fenômenos do ecossistema. Os TFEs capturam eficientemente os aspectos mais relevantes da resposta sazonal da vegetação aos fatores do ambiente biofísico, provendo assim uma ferramenta útil para descrever a heterogeneidade espacial do funcionamento dos ecossistemas em domínios temporais e geográficos específicos. Nesta tese avançamos no reconhecimento e descrição dos principais tipos de paisagem no planalto basáltico do Rio Grande do Sul, e propomos mecanismos e controles responsáveis desses padrões característicos. Da associação espacial entre feições do terreno, solos, tipos de uso e vegetação, identificamos três tipos básicos de paisagens e definimos preliminarmente seu domínio espacial. Os resultados descrevem um forte relacionamento entre a distribuição dos grandes tipos fisionômicos de vegetação, os solos e os processos formadores de relevo. Assim sendo, os campos dominam onde relevo e solos indicam a ocorrência de remanescentes de uma antiga superfície de pediplanação, em quanto as florestas prevalecem onde os agentes geomorfológicos têm rejuvenescido a paisagem. Porém, com o objetivo de compreender os processos responsáveis destes padrões, é essencial fazer ‘downscaling’ desde a escala regional na qual os processos formadores de relevo e de solos dominam a diferenciação espacial de variáveis ecológicas, até a escala local na qual fatores biológicos e relacionados com o regime de distúrbio adquirem maior importância na produção de padrões de heterogeneidade espacial. Identificamos que a abordagem ecossistêmica funcional é a maneira mais promissora de relacionar processos de natureza tão divergente. / The ‘ecosystem’ concept emerged from the need for understanding the highly dynamic nature of the vegetation, interpreted from thereon as the reciprocal interaction among the organism-complex and a wide array of factors of the physical environment. A full branch of the ecological sciences developed from this concept, aimed to assessing the outcome of such interactions as flows of energy, matter and information. Recent conceptual developments points to a conception of ecosystem as an entity evolving under the influence of a novel paradigm, for which nestedness, hierarchy, relative decomposability, probability and scale-dependency are central. Another important development, trajectory analysis, opens the possibility to treat ecosystem dynamics and ecosystem functioning as multi-scale phenomena. Methodological and ecological uncertainties determine a rather fuzzy picture of how ecosystem function and structure interplay under the influence of some set of drivers of the physical environment and land use. The whole situation waits for an analytical path to be designed in which functional and structural classifications are carried out independently, in order to establish a posteriori whether they are connected and how they are connected. The task is even more defiant, both in terms of methods and interpretation, if we consider the already complex hierarchical context in which the analysis should be set and the definition-dependency of the outcome. This thesis is about the development of conceptual and analytical tools for analyzing the functional heterogeneity of the ecosystems in the space, in relation to meaningful environmental and land-use factors and to the different types of vegetation present over a given region. To that aim, we adopt the concept of Ecosystem Functional Types (EFTs), which enclose spatial units with similar functional patterns, no attention paid to their structure, and advance on an EFT classificatory scheme that allows capturing the short-term functional response of the ecosystems to environmental and land-use changes. Furthermore, we examine the effect of using different surrogates of ecosystem functioning on the resulting picture of functional patchiness. The effect of changing parameters of spatial scale is also tested. The Ecosystem Functional Types proved to be heavily definition-dependent and sensitive to spatial scale, which allows exploring the multi-dimensional and multi-scale nature of ecosystem phenomena. The EFTs efficiently capture the most relevant features of the seasonal response of the vegetation to the drivers of the biophysical environment, providing so a useful tool for depicting the spatial heterogeneity of ecosystem functioning in a given geographic and temporal domain. In this report we also accomplished the recognition and description of main landscape types in the basaltic tablelands of Rio Grande do Sul, and proposed mechanisms and controls responsible for their characteristic patterns. From the spatial association of terrain features, soils, land-use and vegetation, we identified three basic landscape types and broadly defined their spatial domain. The picture described tells of a rather close relationship among the distribution of the major physiognomic types of the vegetation, soils, land-use and land-forming processes. In this picture, the grasslands prevail where terrain and soil features suggest there are the remnants of an old pediplanation surface, while forests seems to dominate wherever geomorphic agents have rejuvenated the landscape. However, in order to understand the processes responsible of these patterns it is then essential to downscale from the regional realm where terrain and soil-forming phenomena dominate spatial differentiation, to the fine-scale processes at which biological and disturbance-related factors are most influential in the production of patterns of spatial heterogeneity. We identify the functional approach to the ecosystems as the most promising way to correlate processes of such a different nature.

Submitted by Felipe Matheus Santos e Souza null (felipemss@outlook.com) on 2017-09-07T13:49:42Z No. of bitstreams: 1 AVALIAÇÃO QUALI-QUANTITATIVA DA PULVERIZAÇÃO EM BARRA ASSISTIDA POR AR NA CULTURA DA SOJA EM DIFERENTES ESTÁDIOS FENOLÓGICOS.pdf: 1530915 bytes, checksum: 85c32ee7704cf819e405f4592eacf302 (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-09-11T20:17:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 souza_fms_me_bot.pdf: 1530915 bytes, checksum: 85c32ee7704cf819e405f4592eacf302 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-11T20:17:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 souza_fms_me_bot.pdf: 1530915 bytes, checksum: 85c32ee7704cf819e405f4592eacf302 (MD5) Previous issue date: 2017-07-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A homogeneidade na distribuição da pulverização no dossel das culturas pode melhorar a eficiência de controle de agentes fitopatogênicos e minimizar a contaminação do meio ambiente. Portanto, este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito da velocidade do ar junto à barra de pulverização na distribuição e qualidade da pulverização e sua relação com a deriva de produtos fitossanitários sob diferentes índices de área foliar (IAF) da cultura da soja. Para as avaliações da pulverização um experimento foi conduzido no delineamento em blocos ao acaso com 4 tratamentos: 0, 10, 20 e 30 km.h-1 do fluxo de ar assistido junto à barra em 5 repetições. As pulverizações foram realizadas aos 30, 60 e 90 dias após a emergência (DAE) da cultura, com IAFs de 2.56, 6.67 e 4.64 m2.m-2 respectivamente. Um pulverizador com disponibilidade ou não de ar assistido junto à barra, equipado com pontas de pulverização de jato plano, modelo AXI 11003, espaçadas de 0,5 m, e regulado para pulverizar 200 L.ha-1 de calda foi utilizado nos ensaios experimentais. Antes da pulverização foram selecionadas, ao acaso, dez plantas em cada parcela para amostragem dos depósitos da pulverização. Alvos artificiais, papel filtro nas dimensões 3 x 3 cm foram fixados às plantas, dois na parte superior e outros dois na parte inferior, em ambas superfícies dos folíolos (adaxial e abaxial). Para avaliação de cobertura de pulverização e perda para o solo foram colocados papéis hidrossensíveis, um na parte superior e outro na parte inferior das plantas, bem como três alvos artificiais no solo em cada parcela para determinar a quantidade de produto não interceptada pelas plantas. Para as avaliações de depósito e perdas da pulverização um marcador cúprico foi usado e sua quantificação feita por espectrofotometria de absorção atômica. As avaliações qualitativas da cobertura foram determinadas pelo software GOTAS®. Aos 30 DAE, com IAF de 2.56 m2.m-2, a velocidade máxima de ar proporcionou maior depósito e cobertura da pulverização na parte inferior das plantas e melhor uniformidade na parte superior, entretanto houve incremento das perdas para o solo. Aos 60 DAE, com IAF de 6.67 m2.m-2, não houve diferença entre os tratamentos quanto à cobertura e perdas de pulverização para o solo. No entanto, a assistência de ar, independente da velocidade, melhorou a cobertura da pulverização. Já aos 90 DAE, com IAF de 4.64 m2.m-2, a assistência de ar em 30 km.h-1 incrementou os níveis de depósitos da calda na parte inferior da planta e na superfície adaxial dos folíolos, além de proporcionar maior cobertura em todas as partes do dossel da cultura. Também aos 90 DAE, quanto maior a velocidade do ar, menos foram as perdas para o solo. / Homogeneity in spray distribution into crop canopy can improve efficiency control of phytopathogenic agents and minimize the environment contamination. Therefore, the objective of this work is to evaluate velocity effect on an air-assisted boom spraying on spray quality and distribution and its relation with phytosanitary products drift under different leaf area indexes (LAI) of the soybean crop. For spray evaluations, an experiment was conducted in a randomized block design with 4 treatments: 0, 10, 20 and 30 km.h-1 of the airflow in 5 replications. It was sprayed at 30, 60 and 90 days after emergence (DAE) of the culture, also establishing LAI in the respective application period. A sprayer with or without air assistance, equipped with flat fan nozzles AXI 11003 model, spaced 0,5 m, and 200L.ha-1 volume rate was used in this experiment. During the spraying, ten plants were randomly selected in each plot to sample the spray deposits. Artificial targets, 3 x 3 cm dimensions, were fixed to the plants, two on the upper part and two on the lower part, on both leaflet surfaces (adaxial and abaxial). To evaluate spray coverage and soil loss, hydrosensible papers were placed, one at the top and one at the bottom of the plants, as well as three artificial targets in the soil in each plot to determine the amount of product not intercepted by the plants. For the deposition and spray loss evaluations a cupric marker was used and its quantification made by atomic absorption spectrophotometry. GOTAS® software to determine the qualitative evaluations of coverage percentage. At 30 DAE, with initial soybean development, the maximum air velocity provided greater deposit and spray coverage in the lower part of the plants and better uniformity in the upper part, however, there was an increase in soil losses. At 60 DAE, with maximum leaf density, there was no difference between the treatments in terms of coverage and spray losses to the soil. However, air assistance, regardless of speed, has improved spray coverage. At 90 DAE, air assistance at its maximum capacity increased spray deposit levels at the bottom of the plant and its adaxial surface of the leaflets, in addition to providing greater coverage in all parts of the canopy crop. Also at 90 DAE, the higher air velocity, the less is soil losses. In absolute values relating to spraying moment, the higher the LAI the lower is the soil losses.

O conceito de ‘ecossistema’ emergiu da necessidade de compreender o caráter extremamente dinâmico da vegetação, interpretado a partir daí como o resultado da interação recíproca entre um dado complexo de organismos e seu conjunto amplo de fatores do ambiente físico. Um ramo das ciências ecológicas desenvolveu-se desse conceito, visando examinar o resultado de tais interações em termos de fluxos de energia, matéria e informação. Desenvolvimentos conceituais recentes apontam para uma concepção do ecossistema sob a ótica de um novo paradigma, para o qual aninhamento, hierarquia, decomposabilidade relativa, probabilidade e dependência de escala são critérios chave. Outro desenvolvimento importante, a análise de trajetórias, abriu a possibilidade de tratar a dinâmica e o funcionamento do ecossistema como fenômenos em múltiplas escalas. Incertezas metodológicas e ecológicas decorrem numa visão pouco nítida de como o funcionamento e a estrutura do ecossistema interagem sob a influência de um determinado conjunto de fatores de uso e do ambiente físico. A situação demanda uma abordagem analítica na qual classificações funcionais e estruturais sejam implementadas independentemente, com o fim de estabelecer ‘a posteriori’ quanto e como as classificações estão interconectadas. A tarefa é ainda mais desafiante, em termos de método e interpretação, quando consideramos o contexto hierárquico e complexo em que a análise deve ser feita e a dependência de definição dos resultados. Esta tese refere-se ao desenvolvimento de ferramentas conceituais e metodológicas para analisar a heterogeneidade funcional dos ecossistemas no espaço, em relação a fatores significativos de uso e do ambiente, e aos diferentes tipos de vegetação presentes numa determinada região. Com esse objetivo, adotamos o conceito de ‘Tipos Funcionais de Ecossistemas’ (TFEs), os quais reúnem unidades espaciais com padrão de funcionamento similar, sem considerar seus atributos estruturais, e avançamos num esquema classificatório de TFEs que permite capturar as respostas funcionais de curto prazo dos ecossistemas em cenários de mudanças ambientais e de uso altamente dinâmicas. Também examinamos a sensibilidade dos tipos funcionais de ecossistemas a diferentes definições de funcionamento e parâmetros de escala espacial. Os TFEs provaram ser sensíveis a estas variáveis analíticas, oferecendo assim a possibilidade de indagar a natureza multidimensional e multi-escala dos fenômenos do ecossistema. Os TFEs capturam eficientemente os aspectos mais relevantes da resposta sazonal da vegetação aos fatores do ambiente biofísico, provendo assim uma ferramenta útil para descrever a heterogeneidade espacial do funcionamento dos ecossistemas em domínios temporais e geográficos específicos. Nesta tese avançamos no reconhecimento e descrição dos principais tipos de paisagem no planalto basáltico do Rio Grande do Sul, e propomos mecanismos e controles responsáveis desses padrões característicos. Da associação espacial entre feições do terreno, solos, tipos de uso e vegetação, identificamos três tipos básicos de paisagens e definimos preliminarmente seu domínio espacial. Os resultados descrevem um forte relacionamento entre a distribuição dos grandes tipos fisionômicos de vegetação, os solos e os processos formadores de relevo. Assim sendo, os campos dominam onde relevo e solos indicam a ocorrência de remanescentes de uma antiga superfície de pediplanação, em quanto as florestas prevalecem onde os agentes geomorfológicos têm rejuvenescido a paisagem. Porém, com o objetivo de compreender os processos responsáveis destes padrões, é essencial fazer ‘downscaling’ desde a escala regional na qual os processos formadores de relevo e de solos dominam a diferenciação espacial de variáveis ecológicas, até a escala local na qual fatores biológicos e relacionados com o regime de distúrbio adquirem maior importância na produção de padrões de heterogeneidade espacial. Identificamos que a abordagem ecossistêmica funcional é a maneira mais promissora de relacionar processos de natureza tão divergente. / The ‘ecosystem’ concept emerged from the need for understanding the highly dynamic nature of the vegetation, interpreted from thereon as the reciprocal interaction among the organism-complex and a wide array of factors of the physical environment. A full branch of the ecological sciences developed from this concept, aimed to assessing the outcome of such interactions as flows of energy, matter and information. Recent conceptual developments points to a conception of ecosystem as an entity evolving under the influence of a novel paradigm, for which nestedness, hierarchy, relative decomposability, probability and scale-dependency are central. Another important development, trajectory analysis, opens the possibility to treat ecosystem dynamics and ecosystem functioning as multi-scale phenomena. Methodological and ecological uncertainties determine a rather fuzzy picture of how ecosystem function and structure interplay under the influence of some set of drivers of the physical environment and land use. The whole situation waits for an analytical path to be designed in which functional and structural classifications are carried out independently, in order to establish a posteriori whether they are connected and how they are connected. The task is even more defiant, both in terms of methods and interpretation, if we consider the already complex hierarchical context in which the analysis should be set and the definition-dependency of the outcome. This thesis is about the development of conceptual and analytical tools for analyzing the functional heterogeneity of the ecosystems in the space, in relation to meaningful environmental and land-use factors and to the different types of vegetation present over a given region. To that aim, we adopt the concept of Ecosystem Functional Types (EFTs), which enclose spatial units with similar functional patterns, no attention paid to their structure, and advance on an EFT classificatory scheme that allows capturing the short-term functional response of the ecosystems to environmental and land-use changes. Furthermore, we examine the effect of using different surrogates of ecosystem functioning on the resulting picture of functional patchiness. The effect of changing parameters of spatial scale is also tested. The Ecosystem Functional Types proved to be heavily definition-dependent and sensitive to spatial scale, which allows exploring the multi-dimensional and multi-scale nature of ecosystem phenomena. The EFTs efficiently capture the most relevant features of the seasonal response of the vegetation to the drivers of the biophysical environment, providing so a useful tool for depicting the spatial heterogeneity of ecosystem functioning in a given geographic and temporal domain. In this report we also accomplished the recognition and description of main landscape types in the basaltic tablelands of Rio Grande do Sul, and proposed mechanisms and controls responsible for their characteristic patterns. From the spatial association of terrain features, soils, land-use and vegetation, we identified three basic landscape types and broadly defined their spatial domain. The picture described tells of a rather close relationship among the distribution of the major physiognomic types of the vegetation, soils, land-use and land-forming processes. In this picture, the grasslands prevail where terrain and soil features suggest there are the remnants of an old pediplanation surface, while forests seems to dominate wherever geomorphic agents have rejuvenated the landscape. However, in order to understand the processes responsible of these patterns it is then essential to downscale from the regional realm where terrain and soil-forming phenomena dominate spatial differentiation, to the fine-scale processes at which biological and disturbance-related factors are most influential in the production of patterns of spatial heterogeneity. We identify the functional approach to the ecosystems as the most promising way to correlate processes of such a different nature.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paulo H_Peruzzo De Lima.pdf: 4355288 bytes, checksum: 7a30c90530431576795c16cccbc00337 (MD5) Previous issue date: 2014-02-21 / The economic importance of the soy culture demands the development of techniques that allow monitoring the development conditions of large-scale cultures. In this context crop monitoring by remote sensing is a tool with great potential. This monitoring is accomplished by vegetation indices, being commonly used the Normalized Difference Vegetation Index - NDVI. The temporal profiles of NDVI indicate the temporal evolution of biomass, which enables to monitor the phenological development, the duration of growth period, the vegetative peak, the physiological changes of leaves, and the periods of culture senescence. Thus, the aim of this study was analyzing the relations of the spectral response of soybean cultivars with their phenological development by NDVI. To accomplish this, two experiments were carried out within the Cooperativa Central de Pesquisa Agrícola - COODETEC, in Cascavel, in the state of Paraná. To study plants growth habits and different development cycles, five soy cultivars were used. Furthermore, two irrigation regimes were also tested: the normal one (N), in which there was no water stress, and the water stress regimen (CEH). For experiment 1, NDVI data was collected, while for experiment 2, NDVI and Leaf Area Index (LAI) data were collected. These elements were analyzed by comparative charts of the temporal evolution of NDVI profiles for cultivars, considering treatments N and CEH. The mean ratios were compared using the t-student test at the 5% significance level. The relation between NDVI of each cultivar with their respective phenological development stage was also established. For experiment 2, models of simple linear regression were generated between NDVI and LAI for each cultivar and irrigation condition. For experiment 1, the temporal profile of NDVI described the normal behavior of the culture in the first days after sowing (DAS), and it showed values close to 0.2; as the plants developed, the NDVI values increased until the maximum value, close to 0.9. Determinate cycle cultivars obtained maximum NDVI at 56 DAS and V7 stage, while cultivars of indeterminate cycle obtained NDVI maximum at 70 DAS and V8 stage. In general, normal water regime treatments showed higher NDVI than water stress treatments. Regarding the experiment 2, coefficients of determination from 0.50 to 0.86 were found. The NDVI was efficient in monitoring soybean culture development. Thus, functions set between NDVI and LAI can be used for monitoring the crop. / A importância econômica da cultura da soja requer o desenvolvimento de técnicas que possibilitem o monitoramento das condições de desenvolvimento de culturas em larga escala. Neste contexto, o monitoramento agrícola por sensoriamento remoto é uma ferramenta com muito potencial. Este monitoramento é realizado por meio de índices de vegetação, sendo mais utilizado o Índice de Vegetação por Diferença Normalizada NDVI. Os perfis temporais do NDVI indicam a evolução temporal da biomassa, permitindo monitorar o desenvolvimento fenológico, a duração do período de crescimento, o pico vegetativo, as mudanças fisiológicas das folhas e os períodos de senescência das culturas. Sendo assim, o objetivo do trabalho foi analisar a relação da resposta espectral de cultivares de soja com seu desenvolvimento fenológico por meio do NDVI. Para tanto, foram realizados dois experimentos nas dependências da Cooperativa Central de Pesquisa Agrícola COODETEC, no município de Cascavel PR. Buscando estudar plantas com hábitos de crescimento e ciclos de desenvolvimento distintos, foram utilizadas cinco cultivares de soja. Além disso, também foram testados dois regimes de irrigação, o normal (N) em que não houve estresse hídrico e o regime com estresse hídrico (CEH). Para o experimento 1, foram coletados dados de NDVI e para o experimento 2, foram coletados dados de NDVI e Índice de Área Foliar IAF. Os dados foram analisados por meio de gráficos comparativos da evolução temporal dos perfis de NDVI para as cultivares, considerando os tratamentos N e CEH. As médias dos índices foram comparadas pelo teste t-student, ao nível de 5% de significância. Também foi verificada a relação entre o NDVI de cada cultivar com o seu respectivo estádio de desenvolvimento fenológico. Para o experimento 2, foram gerados modelos de regressão linear simples entre NDVI e IAF para cada cultivar e condição de irrigação. Para o experimento 1, o perfil temporal do NDVI descreveu o comportamento normal da cultura, nos primeiros dias após a semeadura (DAS), e apresentou valores próximos a 0,2; à medida que as plantas se desenvolveram, os valores de NDVI aumentaram até o valor máximo, próximo de 0,9. As cultivares de ciclo determinado obtiveram NDVI máximo aos 56 DAS e estádio V7 e as cultivares de ciclo indeterminado obtiveram NDVI máximo aos 70 DAS e estádio V8. De maneira geral, os tratamentos do regime hídrico normal apresentaram NDVI superiores ao tratamento com estresse hídrico. Em relação ao experimento 2, foram encontrados coeficientes de determinação de 0,50 a 0,86. Verificou-se que o NDVI foi eficiente no monitoramento do desenvolvimento cultura da soja e conclui-se que as funções ajustadas entre o NDVI e IAF podem ser utilizadas para o monitoramento dessa cultura.

Com o crescimento da população mundial aumenta a preocupação com a produção de alimentos. Hoje em dia aproximadamente 40 % da área de superfície do planeta livre de gelo é usada para a agricultura. O Brasil se destaca no cenário mundial como um dos grandes produtores e um dos países com maior potencial de crescimento em área para produção de alimentos. As culturas brasileiras que ocupam maior espaço territorial são a soja, cana-de-açúcar, milho e pastagem. Este trabalho tenta representar esses agrossitemas no modelo da biosfera SiB2 (Simple Biosphere Model) com a implementação de algumas rotinas para melhor representar as culturas agrícolas como: épocas de plantio e colheita, alocação de carbono nas diferentes partes da planta (raiz, folha, caule e grãos), acúmulo de biomassa, dinâmica da vegetação(crescimento da vegetação, emergência, crescimento e senescência das folhas), enchimento de grãos, cálculo do perfil de velocidade do vento dentro do dossel, decomposição da matéria orgânica e transformação em Nitrogênio. A validação do modelo se deu por meio da comparação com dados mensurados de biomassa e índice de área foliar (IAF). Comparando as observações da matéria seca dos ciclos da cana-de-açúcar, o ciclo 2005/2006 foi mais produtivo que o ciclo 2006/2007 (48,1±10,9 e 32,0±5,4 Mg ha-1). As simulações da cana-de-açúcar foram superestimadas (52,3 e 35,8 Mg ha-1) quando comparadas com as observações, devido ao fato da biomassa seca das folhas estar superestimada. A simulação da produtividade (17,1 Mg ha-1) do milho ficou um pouco abaixo do valor observado porém dentro do intervalo do intervalo de confiança das medidas de campo (17,6±2,5 Mg ha-1). A simulação da soja (3,9 Mg ha-1) foi aquela que mais se aproximou da observação (3,7±0,5 Mg ha-1). A comparação entre os valores simulados e observados de IAF da pastagem mostrou a sazonalidade dessa variável, sendo que os meses de maiores e menores valores estão compatíveis com a observação. Outra analise feita neste trabalho, foi a análise de sensibilidade do modelo às variações do clima.Para tanto, foram simulados cenários de mudanças climáticas, alterando-se as variáveis precipitação e temperatura, considerando-se a cultura da soja. Os resultados que o modelo demonstrou uma maior sensibilidade ao déficit hídrico, pois diminuindo-se a precipitação houve menor acúmulo de biomassa durante o ciclo. Porém com mais precipitação não ocorre mudanças significativas no acúmulo de biomassa. Há maior produção de biomassa quando o ambiente é mais frio e menor produção quando a temperatura é mais elevada, devido ao fato de tardar o florescimento o que faz com que aumente a biomassa acumulada nas folhas e com o IAF maior a planta acumula mais biomassa. / The constant increasing of world population raises the concern about food production. Nowadays approximately 40% of the planet surface that is free of ice is used for agriculture. Brazil stands out on the world stage as a major producer, and presents a potential to grow even more in food production. The Brazilian crops that occupy the largest territorial area are sugar cane, soybeans, corn and pasture. This work tries to represent these agrosystems in a biosphere model (Simple Biosphere Model, SiB2) with implementation of some routines for better representation of agricultural crops such as planting and harvesting times, allocation of carbon in different parts of the plant (root , leaf, stem and grains), accumulation of biomass, vegetation dynamics (vegetation growth, emergence, growth and senescence of leaves), grain filling, wind speed profile within the canopy, organic matter decomposition and transformation into Nitrogen. Model validation was carried out through comparison with measured data of biomass and leaf area index (LAI). Comparing the simulations of sugar cane cycles, the 2005/2006 was more productive than the 2006/2007 cycle (48.1 ± 10.9 and 32.0 ± 5.4 Mg ha-1). Simulations of sugar cane yield overestimated (52.3 and 35.8 Mg. ha-1) observed values when compared with the observations due to the fact that the biomass in leaves is overestimated. The simulation of corn productivity (17.1 Mg ha-1) was a little lower than observed but within the range of error (17.6 ± 2.5 Mg ha-1). Simulation of soybean (3.9 Mg ha-1) is the one closest to observation (3.7 ± 0.5 Mg ha-1). The comparison of pasture LAI showed the seasonality of the IAF and the months of highest and lowest values are compatible with observations. Another analysis in this study was the sensitivity of this model to climate change scenarios. Scenarios were simulated by changing the climatic variables precipitation and air temperature. Soybean crop was used as an example. The model showed sensitivity to water deficit, since decreasing rainfall the plants accumulated less biomass in the total cycle, and with more precipitation significant changes do not occur in biomass accumulation. There is a greater biomass production when the environment is cooler and less production when the temperature is higher, due to the fact that the latest flowering causes increase biomass accumulated in the leaves and the IAF greater plant biomass accumulates more.

The water is the most important factor and, at the same time, the more limitant than the plant needs for its development. Short periods of hidric stress can reduce crop productivity. In this way, the importance of knowing the rainfall amount that is retained in plant, straw and soil is fundamental to calculating the exact amount of water requested by the plant in their different growth stages. The objective of this work was to determine the water retention in the straw, in the soil and in the plants dossal after a precipitation, in the initial phase of growth of corn and bean crops. The drybeans (cv Rio Tibagi) and corn (hybrid Pioneer 30R53) were sowed in no-till (2, 4 and 6 t straw ha-1) and conventional (0 t of straw in covering) during 2006 agricultural year. The experimental design for corn was a bifatorial (2x4) and 3 replications, and for bean was a factorial and 3 replications. For corn two row spacings were tested (45 and 75 cm). Artificial rains were applied using a portable simulator of multiple nozzles, which applied 4 to 8 mm, with 30 mm h-1 rain intensity. They were made ridges in the area, (with steepness to drain the water) and a plastic canvas covered the soil surface, so that water that arrived to the plastic drained for the surface until a collector placed among two plants rows. Straw rugs were made with different amounts of straw (0, 2, 4 and 6 t ha-1) and put among the plants rows above soil surface (plastic canvas). The determination of the amount of water retained was made through the differences of weightings. The amount of applied water with the simulator was known using pluviometers; the straw rugs were weighed before and after rain simulation (for difference, it was obtained the value of water retention in straw). The water that passed through straw and was drained until the plastic was collected after the rain, in the collector placed between the plants lines and measured with a test tube, and obtained the amount of water that arrived to the soil, that in practice corresponds to the water that infiltrates in the soil. For difference, was obtained the water that was retained in the dossal. Statistical analysis the variance analysis, with regression in level of 5%. Water retention in the initial phase of corn was larger in the soil, for all straw amounts, and, in the final phase, water retention in plants dossal was increased. The largest water retention in straw was with 6 t ha-1, being the largest retention in the spacing of 45 cm among rows. In the dossal, the retention was smaller in the beginning and larger at the end, with the plants development (larger leaf area index). In the soil, water retention was larger where there was less straw in the initial phase. The retention was larger where there was more straw covering and in the smallest spacing (45 cm), being the soil retention larger without covering and with 75 cm among lines. In the dossal, retention was larger in the spacing 45 cm. In the black bean, water retention in straw was larger in the initial phase and with larger amount of straw, and in soil the largest water retention happened without covering (7,4mm). In the plants dossal water retention increased according to crop development. / A água é o fator mais importante e, ao mesmo tempo, o mais limitante que a planta necessita para o seu desenvolvimento. Curtos períodos de deficiência hídrica podem reduzir a produtividade das culturas. Assim, a importância de saber a quantidade de água que fica retida na planta, na palha e no solo é fundamental na hora de calcular a quantidade exata de água requerida pela planta nos seus diferentes estágios de crescimento. O objetivo deste trabalho foi determinar a retenção de água no solo, na palha e no dossel de plantas após uma precipitação, na fase inicial de crescimento das culturas do milho e feijão. O feijão (cv Rio Tibagi) e o milho (híbrido Pioneer 30R53) foram semeados no sistema plantio direto (2, 4 e 6 t palha ha-1) e convencional (0 t de palha em cobertura) durante o ano agrícola de 2006. O delineamento experimental para o milho foi um bifatorial (2 x 4) e três repetições, e o do feijão foi um fatorial com três repetições. No milho foram testados dois espaçamentos entre linhas (45 e 75 cm). As chuvas artificiais foram aplicadas utilizando-se um simulador estacionário de bicos múltiplos e oscilantes, o qual aplicou de 4 a 8 mm, numa intensidade de 30 mm h-1. Foram feitos camalhões na área, (com declividade para dar escoamento a água) e na superfície do solo foi colocada uma lona plástica para que a água escoasse pela superfície do solo até um coletor colocado entre duas linhas de plantas. Foram confeccionados tapetes de palha com diferentes quantidades de palha (0, 2, 4 e 6 t ha-1) e colocados entre as linhas de plantas acima da superfície do solo (lona plástica). A determinação da quantidade de água retida foi feita através das diferenças de pesagens. A quantidade de água aplicada pelo simulador era conhecida através de pluviômetros; os tapetes de palha eram pesados antes de serem colocados entre as linhas de plantas e após a chuva simulada (por diferença, era obtido o valor da água retida na palha); a água que passava pela palha e escoava até o plástico era coletada após a chuva no coletor colocado entre as linhas de plantas e medida com proveta, e, assim obtido o valor da quantidade de água que chegava ao solo, que na prática corresponde a água que infiltra no solo. Por diferença foi calculada a água que ficou retida no dossel. Foi realizada análise da variância, com regressão em nível de 5%. A retenção de água na fase inicial da cultura do milho foi maior no solo, para todas as quantidades de palha, e, na fase final aumentou a retenção no dossel de plantas. A maior retenção de água na palha foi na quantidade de 6 t ha-1, sendo a maior retenção no espaçamento de 45 cm entre linhas. No dossel, a retenção foi menor no início e maior no final, com o desenvolvimento da mesma (maior Índice de área foliar). No solo, a retenção foi maior onde havia menos palha na fase inicial. A retenção foi maior onde havia mais palha na cobertura e no menor espaçamento (45 cm), sendo a retenção no solo maior onde não havia cobertura e a 75 cm entre linhas. No dossel, a retenção foi maior no espaçamento 45 cm, com menor quantidade de palha em cobertura. No feijão, a retenção na palha foi maior na fase inicial e com maior quantidade de palha em cobertura, sendo que no solo a maior quantidade de água chegou onde não havia cobertura. No dossel de plantas a retenção de água foi aumentando conforme o desenvolvimento da cultura.