En endimensionell SVAT-modell (Soil-Vegetation-Atmosphere) användes för att simulera avdunstning och uppskatta den kritiska vattenpotentialen där reduktionen av vattenupptaget börjar. Detta gjordes i en blandad tall- och granskog i norra Uppland för perioden 1 maj - 31 oktober 1994. Denna period var ovanligt varm och torr och gav därför en unik chans att studera vattenupptag och upptorkning. Som indata till modellen användes markfysikaliska egenskaper och dagliga meteorologiska data. Modellen kalibrerades med TBR-, tensiometer- och grundvattenståndsmätningar för samma period. Den kritiska vattenpotentialen uppskattades till -100 hPa och visade sig vara en känslig parameter i modellen. Reduktionen av vattenupptaget började i slutet av juni. Ytresistansen beräknades med hjälp av Lohammarekvationen och bladyteindex. De markfysikaliska egenskaperna hade stor betydelse för simuleringsresultaten. Dessa egenskaper var mycket osäkert bestämda på grund av svårigheterna att mäta i inhomogen moränmark. Modellsimuleringarnas överenstämmelse med markvattenmätningarna varierade mellan olika djup i marken. / A one-dimensional SVAT-model (Soil-Vegetation-Atmosphere) was used to simulate evaporation and estimate the critical soil water potential where the reduction of the water uptake begins. This was done in a mixed pine and spruce forest in the north of Uppland, Sweden for the period 1 May to 31 October 1994. This period was unusually warm and dry and gave a unique chance to study the water uptake and the drought. Driving variables to the model were daily meteorological data and soil physical properties. The model was calibrated with TDR- (Time-Domain Reflectometry), tensiometer and ground water level measurements from the site for the same period. The critical water potential was estimated to -100 hPa and appeared to be a sensitive parameter in the model. The reduction of the water uptake began at the end of June. The surface resistance was calculated from the leaf area index and the Lohammar equation. The soil physical properties were shown to be significantly affecting the results of the simulation. The determination of these properties was uncertain because of the problems to measure in an inhomogenous till soil. The model simulations agreed generally well with the soil moisture measurements in some layers but a good agreement for all layers was not possible to obtain.

The aim of this study was to investigate if SI from HPR-data from harvesters and soil moisture classes from digital depth to water maps could be used to support site adaption of regenerations within stands. The study was made on pine and spruce stands in central Sweden. The number of plants/ha, plant height, growth and damage were measured at plot level and for these plots also soil moisture classes and SI were derived from digital maps and HPR. The study shows a potential using SI from HPR and depth to water maps for site adaption of regenerations and to vary tree species within stands. Variations of SI and soil moisture are important within stands regarding different tree species establishment, growth and damage. But also, for sites with medium SI were the choice between pine and spruce is not obvious and in stands with a high spread in SI.

O fósforo (P) é um elemento finito e essencial à produção agrícola. A pequena disponibilidade do nutriente em solos tropicais é atribuída ao baixo teor e a forte interação com óxidos e minerais de argila, o que reduz a fração solúvel. Em razão do não revolvimento do solo em plantio direto, a adubação fosfatada pode ser feita no sulco de semeadura ou aplicado a lanço, na superfície do solo. Muitos produtores optaram pela adubação de P a lanço, em razão do menor custo operacional, graças ao aumento do rendimento das operações mecanizadas como a semeadura. O uso dessa prática cresceu nos últimos anos, sem que se saiba o comportamento das plantas. Há relatos de acúmulo de P nos primeiros 5 cm da camada superficial, devido aos vários anos de aplicação a lanço, o que prejudicará o rendimento, quando a distribuição da precipitação pluvial for irregular e/ou o nutriente estiver escasso no perfil do solo. Com isso, o produtor poderá decidir-se pelo retorno ao sistema de preparo convencional do solo, o que representaria um retrocesso, pela perda das vantagens do plantio direto, um sistema que preserva os recursos naturais como o solo e a água. Esta pesquisa foi realizada com o objetivo de compreender a resposta do milho e da soja, em razão da localização do P e da umidade do solo. A localização do fósforo, sob precipitação pluvial suficiente e teor adequado do nutriente no solo, não influenciou a eficiência agronômica de uso, translocação e produção de grãos, e a produtividade do milho. A localização do fósforo em profundidade beneficiou o crescimento da soja, sem influência na concentração desse nutriente na planta. / Phosphorus (P) is a finite and essential element to agricultural production. The low nutrient availability in tropical soils is attributed to its low content and strong interaction with oxides and clay minerals, which reduces the soluble portion. Due the no tillage system, without soil disturbance, the phosphorus can be placed in the row sowing or by broadcast placement to soil surface. Many producers chose by P broadcast placement, due to lower operational costs by increasing the efficiency of mechanized operations as sowing. This practice has grown in recent years, however, it isn\'t known much about plants response. There are reports of P accumulation in the first 5 cm depth at soil surface, due to many years of broadcast placement, which can jeopardize the yield when rainfall distribution is irregular and/or the nutrients content at soil profile is scarce. Thus, the farmers will be able to decide to return to the conventional system which would represent a setback, because would lose the no till advantages, a cropping system that saves natural resources as soil and water.This research was conducted in order to understand the response of corn and soybeans, due to the P placement and soil moisture. The P placement, under sufficient rainfall and adequate content in the soil didn\'t influence the agronomic efficiency of use, translocation and grain production, and yield of maize. The deep band P placement benefited soybean growth, without without influence to its plant nutrient content.

O objetivo do trabalho foi avaliar o desempenho do reflectômetro no domínio do tempo (TDR) comparativamente ao tensiômetro com manômetro de mercúrio (considerado como instrumento padrão), dando-se ênfase na sensibilidade de detecção de variações na umidade do solo sob condições de molhamento e secagem. Foi instalado um experimento em um solo classificado como Nitossolo Vermelho distrófico latossólico de textura muito argilosa, localizado próximo ao Posto Meteorológico do Departamento de Ciências Exatas, ESALQ/USP, Piracicaba (SP), Brasil, 22 o 42’ 30’’ de latitude sul e 47 o 38’ 00’’ de longitude oeste. Com dados de um ensaio de determinação da condutividade hidráulica do solo pelo Método do Perfil Instantâneo, de um período de secagem e de inundações intermitentes do solo, analisou-se a concordância entre a constante dielétrica obtido pelo TDR e o potencial matricial da água no solo obtido pelo tensiômetro, além dos valores de umidade volumétrica obtidos pelas mesmas técnicas. Concluiu-se que o desempenho do TDR foi superior ao do tensiômetro sob condições de secagem do solo e na detecção de variações de umidade. / The performance of a time domain-reflectometer (TDR) was compared with a mercury tensiometer (considered to be the norm), emphasizing the detection of variations in soil water content under wetting and drying conditions (as in instantaneous profile method to determine soil hydraulic conductivity). An experiment was performed in a Nitossolo Vermelho distrófico latossólico argiloso (Brazilian classification system), close to the meteorological observatory of the ESALQ/USP, Piracicaba (SP), Brazil, latitude 22 o 42’30’’ S, longitude 47 o 38’00’’ W. Data of matric potential, dieletric constant and water content during a dry period and water application were analyzed. The TDR cable tester was better than the tensiometer to detect the soil moisture variation.

Apesar da grande área ocupada pelo Cerrado no território brasileiro e de sua importância ecológica e hidrológica, ainda é desconhecida a repartição da água das chuvas no gradiente fisionômico da vegetação nesse bioma. No presente estudo quantificamos a interceptação da água das chuvas e a umidade do solo, para estabelecer correlações entre as características estruturais da vegetação, representadas principalmente pela área basal, e os dados hidrológicos. Para tanto, quantificamos a transprecipitação e o escoamento pelo tronco das árvores, em 15 parcelas representativas do gradiente fisionômico entre o cerrado típico e o cerradão, localizados na Estação Ecológica de Assis (EEcA), SP, para obtenção da proporção da precipitação efetiva que atravessa o dossel e chega à superfície do solo, em comparação com a precipitação total, quantificada a céu aberto. Os indivíduos lenhosos em cada parcela com DAP 5 cm foram identificados e medidos. A quantidade de transprecipitação foi tanto maior quanto menos complexa a estrutura da vegetação, sendo também influenciada pelas características da chuva incidente. A proporção da transprecipitação também foi fortemente influenciada pela estrutura da vegetação, porém, não foi detectada influência das características das chuvas. Assim, foi possível concluir que, em ambiente de Cerrado, é a estrutura da vegetação que influencia de forma decisiva a proporção de água que alcançará o solo sob forma difusa. A facilidade em captar a água da chuva e escoá-la pelo tronco variou em função de atributos da árvore, sendo que árvores mais altas e com copa volumosa escoaram maior quantidade, enquanto árvores de crescimento monopodial, tronco ereto e reto e copa compacta têm maior eficiência de captação. O agrupamento das parcelas em diferentes fisionomias resultou em diferenças significativas nas taxas de precipitação efetiva e interceptação, indicando que elas devem ser caracterizadas hidrologicamente como ambientes distintos, onde há gradação na quantidade de água que chega ao solo em função do gradiente de biomassa. A transição da entrada de água ao solo no gradiente do Cerrrado é crescente e contínua, desde as comunidades menos densas (cerrado típico) até as comunidades mais densas (cerradão). A dinâmica e a disponibilidade de água do solo foram mais influenciadas pelas propriedades do solo do que pela cobertura vegetal, quando ambos os fatores são variáveis. Concluímos que, em regiões nas quais a água é um recurso escasso, o manejo visando controlar a biomassa da vegetação é um recurso válido, visto que os resultados apontam para a importância das fisionomias mais abertas do Cerrado para a produção hídrica. / Despite the large area occupied by the Cerrado in Brazil and its ecological and hydrological importance, the rainfall partioning in the physiognomy gradient of the vegetation in this biome is still to be ellucidated. In this study, we quantified rainfall interception and the of soil moisture to establish correlations between vegetation structure, represented by the basal area, and hydrological data. Therefore, we quantified the troughfall and stemflow of trees in 15 plots representing the physiognomic gradient between typical cerradão and cerradão, located at Assis Ecological Station (EEcA), SP, to obtain the net rainfall reaching the ground, compared to the total precipitation quantified at open adjacent area. The woody plants with DBH 5 cm were identified and measured in every plot. Troughfall was lower when the vegetation structure was more complex, and was not influenced by micrometeorological factors. We concluded that, in Cerrado, vegetation structure decisively influences the proportion of rainfall to reaching the soil. The stemflow amount was greater the larger the tree and the tree canopy, while trees with monopodial growing, erect and straight trunk and compact canopy had more capture efficiency. Grouping plots by Cerrado physiognomies resulted in significant differences in both net precipitation and interception, indicating that they must be categorizes as hydrologically distinct environments. There is increasing and continuous transition from the more open communities (cerrado típico) to the forest physiognomies (cerradão) in the proportion of rainfall retained by the canopies. The dynamics and the availability of soil water were more influenced by soil properties than the vegetation cover, when both factors varies. This study points out the importance of low biomassa Cerrado physiognomies for hydric production and we concluded that, when and where water is a scarce resource, controlling vegetation biomass can be recommended to aiming at water production.

A dinâmica dos herbicidas no solo é influenciada pela umidade e pela quantidade e qualidade da matéria orgânica, que são variáveis nos agregados organominerais. Os objetivos foram avaliar a influência do grau de umidade na mineralização e sorção do 2,4-D (ácido fraco) e Diuron (não ionizável), em quatro latossolos com diferentes quantidades de matéria orgânica do solo (M.O.S.), avaliar a influência do tamanho do agregado (> 150, 54 - 150, 21 - 53, 2 - 20 e < 2 mm) na sorção dos herbicidas e determinar o grau de humificação para explicar possíveis diferenças na sorção. Foram utilizadas amostras superficiais (0 - 0,2 m) de um Latossolo Amarelo distrófico (LAd) (Piracicaba/SP), de um Latossolo Amarelo ácrico (LAw) (Uberlândia/MG), de um Latossolo Vermelho ácrico (LVw-1) (Uberlândia/MG) e de um Latossolo Vermelho ácrico (LVw-2) (Canoinhas/SC). Foram determinados os valores de pH (em H2 O, KCl 1,0 mol L -1 e CaCl2 0,01 mol L -1 ), a quantidade de M.O.S., de fósforo, de K + , de Ca 2+ , de Mg 2+ , de Al 3+ e estimada a soma H+Al. Os óxidos de ferro, de alumínio e de silício foram quantificados após extração com ácido sulfúrico, os óxidos de ferro "livre" e mal cristalinizado também foi determinado e a análise granulométrica foi efetuada pelo método do densímetro, sendo quantificada também a argila dispersa em água (ADA). Foi determinada a mineralogia por difração de raio-X. Foram quantificadas as frações organominerais dos solos. Foram dispersos 40 g de solo em 160 mL de água destilada, que foram agitados a 160 agitações min -1 por 16 h e sonificada por 15 min. Após disperso, o solo foi peneirado para separar os agregados > 150 mm e entre 53 e 150 mm. Os agregados menores que 53 mm foram separados por sedimentação. Foi determinado o carbono orgânico dos agregados e do solo por combustão. A atividade microbiana dos solos foi determinada pelo método da radiorespirometria. Amostras dos solos foram incubadas com 14 C-2,4-D e 14 C-diuron por 42 dias umedecidas a 25, 50 e 75 % da capacidade de campo em sala climatizada semi-escura a 22 ± 2 o C, após foram realizadas três extrações com CaCl2 0,01 mol L -1 . O solo foi então fracionado após oxidação para determinar o os herbicidas sorvidos no solo e, posteriormente nos diferentes agregados. O grau de humificação das amostras foi determinado por fluorescência. A mineralização do 2,4-D foi de 62 % no LAd a 75 % da capacidade de campo. A difusão foi responsável pela sorção dos herbicidas. O 2,4-D foi menos sorvido no LAd, que tinha maior pH e menor quantidade de M.O.S.. Os solos apresentaram maior quantidade de agregados > 150 mm. Os agregados organominerais de diâmetro menores que 53 mm apresentaram maior acúmulo de carbono. A exceção do LAd, os herbicidas foram mais sorvidos pelos agregados maiores que 53 mm. A sorção só aumentou nos agregados menores que 53 mm, quando a amostra foi incubada a 75 % da capacidade de campo. Porém, no caso do diuron, isto só foi verificado no LAw e LVw-1. As sucessivas extrações alteraram a estabilidade dos agregados. O LAd que se localiza em uma área de cultivo tem maior grau de humificação que o LVw-2 localizado em uma área não cultivada. Os agregados de diâmetro entre 53 e 150 mm, foram os que tiveram maior grau de humificação nos solos. / The dynamic of herbicides in soils is influenced by soil moisture and organic matter contents and also by their quality, which are variable in the organic-mineral aggregates of the soils. The aims of this research were to evaluate the effects of soil moisture on the mineralization and sorption of the herbicides 2,4-D (weak acid) and diuron (non-ionic), in four Oxisols with different contents of soil organic matter (SOM), as well as to evaluate the influence of aggregate sizes (> 150, 54 - 150, 21 - 53, 2 - 20 and < 2 mm) and degree of humification in the sorption of these herbicides. Surface samples (0 - 0.2 m) of one Xanthic Hapludox (LAd, from Piracicaba/SP), one Xanthic Acrudox (LAw, from Uberlândia/MG), and two Anionic Acrudox (LVw-1 from Uberlândia/MG and LVw-2 from Canoinhas/SC) were collected. SOM, phosphorus, K + , Ca 2+ , and Mg 2+ contents and pH values (in H2 O, in KCl 1.0 mol L -1 and in CaCl2 0.01 mol L -1 ) were measured, whereas H+Al was calculated. Fe, Al, and Si oxides were quantified after soil extraction with H2SO4. Free and amorphous Fe oxides were determined by DCB and oxalate method, respectively. Granulometric analysis and water dispersed clay (WDC) were quantified by the densimeter method. The mineralogy was evaluated by X-ray diffraction. In order to quantify soil organic-mineral aggregates, 40 g of soil was added to 160 mL of distilled water in centrifuge tubes, which were shaken for 16 h at 160 rpm and sonicated for 15 min at 240 W. The aggregates > 150 and 53 - 150 mm were obtained by sieving, whereas the aggregates < 53 mm were obtained by sedimentation. Soil and aggregate organic carbon contents were obtained by combustion. The soil microbial activity was obtained by the radiorespirometry method. Soils were incubated with 14 C-2,4-D and 14 C-diuron, for 42 d at 25, 50 and 75 % of the field capacity and remained in a semi-dark room at controlled temperature of 22 ± 2 o C. Then, the pesticides were extracted three times with CaCl2 0.01 mol L -1 and, afterwards, the soil samples were fractionated in order to quantify the amount of herbicides in the aggregates. In these, the degree of humification was obtained by fluorescence. Diffusion markedly affected the herbicides sorption. For example, 2,4-D mineralization was 62 % on LAd only at 75 % field capacity. As expected, 2,4-D was less sorbed on LAd that had higher pH and lower SOM content. In general, the soils presented higher amounts of aggregates > 150 mm. The organic-mineral aggregates < 53 mm presented higher organic carbon content. However, the herbicides were more sorbed in the aggregates > 53 mm, except for LAd. When the soil were at 75 % of the field capacity, the sorption increased in the aggregates < 53 mm for 2,4-D, but it was only verified for LAw and LVw-1 for diuron. The successive extractions altered the aggregate stability. The LAd located in a tilled area had higher degree of humification than the LVw-2 located in a non-tilled area. The soil aggregates between 53 and 150 mm presented higher degree of humification.

O bioma Cerrado está cada vez mais fragmentado devido à ocupação agrícola e antrópica. Para a manutenção da biodiversidade, corredores de vegetação devem ser criados com o auxílio da revegetação e recuperação de áreas degradadas. Isto é facilitado pelo conhecimento da distribuição e dinâmica natural dos solos. O objetivo deste trabalho foi caracterizar o funcionamento físico-hídrico dos solos distribuídos em uma toposseqüência sob vegetação nativa. A área de estudo foi localizada dentro de uma parcela permanente instalada na Estação Ecológica de Assis, SP, Brasil, com vegetação predominante de cerradão ou savana florestada. Para a caracterização do funcionamento físico-hídrico dos solos foram realizados inicialmente estudos morfológicos, a partir da técnica da análise estrutural e da descrição de perfis de solo dispostos em cinco posições-chave da encosta. Amostras deformadas de solo foram utilizadas em análises químicas, granulométricas e densidade de partículas. Amostras indeformadas coletadas em anéis cilíndricos definiram as curvas de retenção de água e a densidade do solo. Blocos de solo foram impregnados e polidos para análise de imagens, obtendo-se a distribuição de poros em número, forma e tamanho. Em poços perfurados em três setores da toposseqüência, foi determinada a condutividade hidráulica saturada de campo. O monitoramento da umidade do solo "in situ" foi obtido por sensores instalados nos principais horizontes das trincheiras, calibrados para cada horizonte, durante o período de novembro de 2003 a novembro de 2004. Foram também utilizados os dados de precipitação mais próximos. Fotografias digitais adquiridas nos perfis de solo determinaram a distribuição das raízes. Os solos foram classificados, de montante a jusante, em Latossolo Vermelho, Latossolo Vermelho-Amarelo, Latossolo Amarelo e Gleissolo Háplico, com transição homogênea de cor e predomínio de textura franco-arenosa. No horizonte de superfície da toposseqüência, pequeno número de poros complexos de diâmetro equivalente superior a 1000µm ocupou quase a área total da imagem, representando uma estrutura de empilhamento de grãos simples com porosidade maior que em profundidade. Este comportamento provocou uma menor retenção hídrica, apesar do maior teor de matéria orgânica, e oscilação da umidade do solo após cada evento chuvoso. Predominaram raízes aglomeradas ou ramificadas nesta camada. Em profundidade, as raízes são mais individuais. Nos Latossolos, maior número de poros complexos de diâmetro equivalente superior a 1000 µm ocupa menor área em Bw do que em superfície. Isto indica a presença de aglomerados de microagregados em Bw que conferem maior retenção de água, maior número de microporos e menor oscilação da umidade do solo do que em superfície. No Gleissolo, o horizonte Btg2, mais profundo e mais argiloso, apresentou estrutura mais densa representada por uma porosidade expressiva de forma arredondada ou cavitária de diâmetro de 30 a 1000 µm. Neste horizonte, foi obtida a maior retenção hídrica, drenagem imperfeita e menor condutividade hidráulica. Nos outros horizontes da toposseqüência a condutividade foi elevada. O relevo influenciou nas propriedades físicohídricas e morfológicas dos solos que, por sua vez, determinaram o conteúdo de água limitante na estação seca e em períodos de estiagem. Este comportamento pode definir o padrão florístico de cerradão na parcela permanente. / The "Cerrado" bioma is being fragmented due to the human and agricultural occupation. To maintain the biodiversity, ecological corridors must be created by the revegetation and the restoration of the degraded areas. It can only be ameliorated upon the knowledge of the soil’s natural dynamics and distribution. The aim of this work was to characterize the behavior of soil water flow and soil physical properties, distributed in a toposequence under native vegetation. The study area was in a permanent plot installed in the Assis Ecological Station, São Paulo, Brazil. The predominant vegetation is the closed "cerrado" or savanna woodland. The soil physical, hydraulic characterization depended on soil morphology. The morphological study was carried out by structural analysis and by description of soil profiles arranged in five key positions on the slope. Disturbed soil samples were taken for chemical, particle size and soil particle density analyses. Undisturbed samples collected in cylindrical cores were used to define the soil water retention and bulk density. Soil blocks were impregnated and polished for image analysis to obtain the distribution of pores in number, shape and size. In wells perforated in three sectors of the toposequence the field saturated hydraulic conductivity was determined. The soil moisture monitoring "in situ" was obtained by sensors installed in the main horizons of the pits and calibrated for each soil horizon, during the period of November 2003 to November 2004. The nearest rain volume data were collected too. Digital photos of the soil profiles were acquired for the determination of the root distribution. The soils were classified, from the top backslope down to the footslope, as Rhodic Haplustox, Typic Haplustox and Epiaquic Haplustult, with a homogeneous color transition and the predominance of a sandy loam texture. In the soil surface on the toposequence, a little number of complex pores with equivalent diameter over 1,000 µm occupied almost the total pore area, characterizing the predominance of a structure formed by the packing of single grains. The porosity was higher than in the other horizons. This behavior caused lower water retention even with the highest organic matter content. On the surface, the oscillation of the soil moisture is closely related to each rain event. The roots were distributed in ramified or grouped roots in the surface layer and individually in the deeper horizons. In Oxisols, the presence of microaggregates in the B-horizon was characterized by a number of complex pores with equivalent diameter over 1,000 µm larger than in the soil surface but in minor area than in the surface layer. This conferred higher water retention, larger number of micropores and lower oscillation of soil moisture than in soil surface. The structure of the deepest B-horizon of Epiaquic Haplustult was denser, featured by an expressive rounded or vugh porosity with diameters between 30 and 1,000 µm. This conferred the largest content of clay, with the highest water retention, imperfect drainage and lowest hydraulic conductivity. The other soil horizons in the toposequence presented greater hydraulic conductivity. The landscape influences the physical, hydraulic and morphological soil properties in the toposequence. So the water content is limited in the dry season and partially in the humid season too, which can define the floristic pattern of the closed "cerrado" in this permanent plot.

Oberflächennahe Prozesse werden durch die dynamischen Eigenschaften der Bodenoberfläche besonders beeinflusst. Zwar sind die kausalen Zusammenhänge dieser Prozesse weitestgehend bekannt, doch gibt es einen Mangel an verfügbaren Datenquellen und Erhebungsmethoden, die es erlauben, die Prozesse auf unterschiedlichen Skalen zu quantifizieren. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, das Potential ausgewählter moderner Fernerkundungstechnologien zu bewerten, relevante Bodeneigenschaften zu quantifizieren und damit das Verständnis von oberflächennahen Prozessen in degradierten Landschaften zu verbessern. Das Studiengebiet befand sich in einer Rekultivierunglandschaft des Niederlausitzer Braunkohletagebaus Welzow-Süd. Die Größe von 4 ha ermöglichte eine umfassende, interdisziplinäre und multi-temporale Analyse der Bodeneigenschaften auf Grundlage von Fernerkundungsmethoden sowie hydrologischen und bodenkundlichen Feld- und Labormessungen. Die Quantifizierung der Bodenfeuchte als eine entscheidende Variable für Infiltrations- und Abflussprozesse war das Ziel von labor- und feldspektroskopischen Messungen sowie von hyperspektralen Flugzeugscanner-Messungen. Der hierbei entwickelte Normalized Soil Moisture Index (NSMI) wurde als optimales Quantifizierungsmodell für Oberflächen-Bodenfeuchte im Feld ermittelt. Bodenrauhigkeit wurde in hoher Präzision durch Anwendung eines stationären Laserscanners gemessen und in Form neuartiger multi-skalarer Indizes quantifiziert. Die Analyse der raum-zeitlichen Verteilungen ermöglichte die Identifizierung von Rauhigkeitsmustern, die unter dem Einfluss der Erosion im Feld entstanden. Diese Arbeit entwickelte neuartige Methoden und Indizes zur Quantifizierung von Oberflächen-Bodenfeuchte und Rauhigkeit im Feld. Für die Zukunft verspricht deren Anwendung die Entwicklung eines tieferen Verständnisses von Bodenerosionsprozessen sowie die Sammlung wertvoller Daten durch Monitoring- und Modellierungskampagnen. / Soil processes taking place in the context of erosion and land degradation are highly dependent on the properties of the surface. While the causes and effects of such processes are commonly well understood on a conceptual level, there is a lack of adequate data sources allowing for their quantification at various spatial scales. The main goal of this thesis was to assess the role of state-of-the-art remote sensing methods for the quantification of soil properties with the aim to improve the understanding of surface processes taking place in a degraded landscape. The chosen study area of 4 ha size located in a lignite mine in eastern Germany allowed for a comprehensive, interdisciplinary and multi-temporal analysis of surface properties based on remote sensing, pedological and hydrological measurements. The quantification of surface soil moisture as an important variable for infiltration and runoff processes has been the objective in laboratory and field spectroscopic experiments as well as in airborne hyperspectral measurements. The newly developed Normalized Soil Moisture Index (NSMI) was identified as the most robust quantifier for surface soil moisture in the field. Surface roughness was successfully quantified at high precision in form of novel multiscale indices derived from datasets collected with a stationary laser scanning device. The analysis of spatiotemporal roughness distributions allowed for the detection of distinct patterns that developed under the influence of soil erosion in the field. The thesis developed a set of methods and indices that successfully implement the quantification of surface soil moisture and roughness in the field. For the future, the application of these methods promises further insights into the details of soil erosion processes taking place as well as the collection of invaluable datasets to be used for soil erosion monitoring and modeling campaigns.

L’étude de la diffusion des ondes électromagnétiques par une surface rugueuse aléatoire est de première importance dans de nombreuses disciplines et conduit à diverses applications notamment pour le traitement des surfaces par télédétection. En connaissant les modes de rétrodiffusion, on peut détecter la présence de la rugosité aléatoire indésirable de la surface de réflection telle que le réflecteur d'antenne et par conséquent trouver un moyen de corriger ou compenser les erreurs de phase. Cette thèse porte sur l’obtention de l'humidité du sol de surface à partir de mesures radar. La description de la surface rugueuse de façon aléatoire est présentée, suivie par les interactions d'ondes électromagnétiques avec les média. En particulier, un modèle d'équation intégrale avancé (AIEM) est introduit. La validité du modèle AIEM, qui est adopté comme modèle de travail, se fait par une large comparaison avec des simulations numériques et des données expérimentales. On analyse également les caractéristiques des configurations radar bistatique et on étudie la sensibilité de la diffusion bistatique à l'humidité du sol et à la rugosité de surface et, dans le même temps, le cadre de la détermination de l'humidité du sol à partir de mesures radar utilisant un réseau de neurones à base de filtres de Kalman récurrents est présenté. La formation du réseau et l'inversion des données sont décrits. / Electromagnetic waves scattering from a randomly rough surface is of palpable importance in many fields of disciplines and bears itself in various applications spanned from surface treatment to remote sensing of terrain and sea. By knowing the backscattering patterns, one may detect the presence of the undesired random roughness of the reflection surface such as antenna reflector and accordingly devise a means to correct or compensate the phase errors. Therefore, it has been both theoretically and practically necessary to study the electromagnetic wave scattering from the random surfaces. This dissertation focuses on the retrieval of surface soil moisture from radar measurements. The description of the randomly rough surface is presented, followed by the electromagnetic wave interactions with the media. In particular, an advanced integral equation model (AIEM) is introduced. The validity of the AIEM model, which is adopted as a working model, is made by extensive comparison with numerical simulations and experimental data. Also analyzes the characteristics of the bistatic radar configurations and dissects the sensitivity of bistatic scattering to soil moisture and surface roughness of soil surfaces. Meanwhile presents a framework of soil moisture retrieval from radar measurements using a recurrent Kalman filter-based neural network. The network training and data inversion are described in detail.

Casos reportados de buva com resistência ao glyphosate têm aumentado, ano após ano, a importância dessa planta daninha no cenário agrícola brasileiro. Com o intuito de entender alguns aspectos de sua biologia que resultem em manejo mais adequado, os objetivos deste trabalho foram: (i) identificar os períodos do ano em que ocorrem os maiores fluxos de emergência da buva e analisar seu crescimento e desenvolvimento em dois ambientes agrícolas distintos; (ii) avaliar os efeitos da cobertura vegetal e umidade em sua germinação e emergência; (iii) construir curvas de dose-resposta de um biótipo de Conyza bonariensis resistente ao glyphosate para herbicidas alternativos e (iv) avaliar as opções de manejo químico desse biótipo após o corte e rebrota. Para esses objetivos, experimentos foram conduzidos em campo e casa-de-vegetação nos municípios de Santa Cruz das Palmeiras, SP (SCP) e Não-Me-Toque, RS (NMT), entre maio de 2010 a maio de 2012. Em condições de campo, observou-se em SCP que a emergência da buva ocorre de forma escalonada, sendo mais concentrada no final do verão e início da primavera e a precipitação e a presença de pouca cobertura vegetal no solo parecem exercer mais influência que a temperatura. Em NMT, o fluxo de emergência é mais concentrado no inverno, em que a precipitação não é fator limitante, sendo a germinação e emergência favorecidas por temperaturas mais baixas. Nos dois locais, plantas que germinam na época mais fria do ano (julho) apresentam desenvolvimento inicial mais lento, com acúmulo de biomassa mais intenso e concentrado em torno dos 90-104 dias após a semeadura (DAS); plantas que germinam na primavera (setembro) também apresentam desenvolvimento inicial lento, porém seu crescimento é mais distribuído ao longo do tempo, com os picos de acúmulo aos 80-90 DAS. Em condições de casa-de-vegetação, a disponibilidade hídrica do solo foi mais importante para a emergência de plântulas de buva que a quantidade de cobertura vegetal (palha). Em solo úmido, menores quantidades de palha favorecem a emergência da buva em relação ao solo descoberto. Quantidades maiores de palha promovem supressão de sua emergência. A resistência ao glyphosate foi confirmada para o biótipo de C. bonariensis, coletado em SCP (biótipo B2) e a eficiência dos herbicidas alternativos foi diferente em função dos estádios de desenvolvimento desse biótipo no momento da aplicação. Os herbicidas metsulfuron, diclosulam, 2,4-D, dicamba, atrazine, glufosinate e paraquat foram os mais consistentes no controle do biótipo resistente, sendo que, no estádio mais avançado, a associação com glyphosate agregou no controle para metsulfuron, diclosulam e 2,4-D. Após o corte, controle mais eficiente da rebrota (biótipo B2) foi obtido quando a aplicação ocorreu no mesmo dia do corte que 7 dias depois e os tratamentos mais eficientes nas duas situações foram glyphosate + diclosulam, glyphosate + 2,4-D e 2,4-D. A associação de glyphosate aos tratamentos incrementou o controle da rebrota independentemente da época de aplicação. / Reported cases of glyphosate resistant hairy fleabane have increased its im-portance in Brazilian agricultural. To understand the key principles to effective man-agement, the objectives of this research were to: (i) analyze hairy fleabane growth and development patterns in two different agricultural environments during peak emergence, (ii) evaluate the effects of stover and soil moisture on seedling emer-gence, (iii) obtain dose-response curves for alternative herbicides in a Conyza bonariensis glyphosate-resistant biotype and (iv) evaluate chemical control options for this biotype after cutting and regrowth. For these objectives, experiments in the field and greenhouse were conducted in Santa Cruz das Palmeiras, Sao Paulo State (SCP) and Nao-Me-Toque, Rio Grande do Sul State (NMT), during May, 2010 to May, 2012. At SCP, the germination and emergence of hairy fleabane occurred cycli-cally, peaking more in late summer and early spring and influenced by increased rainfall. In addition, the presence of little crop residue or stover in the ground seemed to exert more influence than temperature. At NMT, emergence was more concen-trated during the winter, when precipitation is not a limiting factor. Germination and emergence were favored by lower temperatures. For both sites, plants that germinat-ed in the coldest season of the year (July) showed slower initial development, with a more intensive biomass accumulation and peaked around 90-104 days after planting. Plants that germinated in the spring (September) also showed slower initial develop-ment, but their growth was more evenly distributed over time, and peaked about 80-90 days after planting. In greenhouse conditions, soil water content was more im-portant for influencing seedling emergence of hairy fleabane than the amount of stover and the highest emergence was observed in moist soil. In the presence of moisture, lower amounts of stover increased seedling emergence of hairy fleabane compared to bare soil. The presence of large quantities of stover on the soil surface resulted in emergence suppression. Glyphosate resistance in Conyza bonariensis, biotype B2, was confirmed by dose-response curves with susceptible biotype. The efficacy of alternative herbicides was different depending on the stage of the resistant biotype at application timing. The herbicides metsulfuron, diclosulam, 2,4-D, dicamba, atrazine, glufosinate and paraquat were the most effective in controlling the resistant biotype. In later stages the association with glyphosate resulted in a better control with metsulfuron, diclosulam and 2,4-D. More efficient control of hairy flea-bane regrowth (biotype B2) was observed when herbicides were applied on the same day that the plants were cut than when applied 7 days after cutting. The most effec-tive herbicide treatments in both situations were glyphosate + diclosulam, glyphosate + 2,4-D, and 2,4-D alone. The association of glyphosate in the herbicide treatments increased control of hairy fleabane regrowth regardless of application timing.