The dynamics and complexities of climate-soil-vegetation relations in the Kruger National Park are poorly known. Although primary production and composition of the grass layer are very important components of the Park's ecosystem, equally little is known about the determinants of these parameters. A better understanding of these processes and relations will be of value to the management of this Park, as well as providing a better insight into these complex dynamics. A study was consequently undertaken covering a 14-year period to identify the most important determinants of above-ground grass production and composition. At the core of the study is the soil water balance. The use of evapotranspiration data in a study of this nature is however not absolutely essential, provided a variety of rainfall parameters are used, though it has the important advantage of providing a much more detailed and more complete insight into the relations of the grass sward with its environment. Stepwise and tree regression procedures were used to identify the important factors. It is concluded that rainfall in its various forms is the primary determinant of grass production, standing crop, and composition, the latter either as perennials or Decreasers. Secondary determinants, in varying degrees of importance, are the thickness and base status of the A horizon, distance to permanent drinking water, and competition by woody plants. Herbivore utilization is insignificant or at most, plays a relatively minor role. Herbivores appear to exert a negative influence on Decreaser abundance only when soil moisture stress exceeds a threshold level. When this is exceeded, relatively low herbivore densities are apparently sufficient to reduce Decreaser abundance. The definitions of Decreasers and Increasers consequently require revision to take into account the overriding influence of environmental factors, particularly those of soil moisture stress. The calibration of the disc pasture meter was re-evaluated. The relation between mean disc height and standing crop is non-linear. Up to a mean disc pasture meter height of 260 mm, the correlation between this parameter and above-ground standing crop is very strong (r2 = 0.95; P<0.0005). Beyond this height, the correlation is very poor (r2 =0.09; P<0.0005), apparently being strongly influenced by the structure of the grass plant, with tall grasses, or grasses with highly lignified culms resulting in a weaker correlation. / Thesis (M.Sc.)-University of Natal, Pietermaritzburg, 2003.

Agricultural production is becoming increasingly important as the world demand increases. On the other hand, there are several factors threatening that production such as the climate change. Therefore, monitoring and management of different parameters affecting the production are important. The current study is dedicated to two key parameters, namely agricultural land cover and soil-moisture mapping using X- and L-Band Synthetic Aperture Radar (SAR) data. Land-cover mapping plays an essential role in various applications like irrigation management, yield estimation and subsidy control. A model of multi-direction/multi-distance texture analysis on SAR data and its use for agricultural land cover classification was developed. The model is built and implemented in ESRI ArcGIS software and integrated with “R Environment”. Sets of texture measures can be calculated on a plot basis and stored in an attribute table for further classification. The classification module provides various classification approaches such as support vector machine and artificial neural network, in addition to different feature-selection methods. The model has been tested for a typical Mid-European agricultural and horticultural land use pattern south to the town of Pirna (Saxony/Germany), where the high-resolution SAR data, TerraSAR-X and ALOS/PALSAR (HH/HV) imagery, were used for land-cover mapping. The results indicate that an integrated classification using textural information of SAR data has a high potential for land-cover mapping. Moreover, the multi-dimensional SAR data approach improved the overall accuracy. Soil moisture (SM) is important for various applications such as crop-water management and hydrological modelling. The above-mentioned TerraSAR-X data were utilised for soil-moisture mapping verified by synchronous field measurements. Different speckle-reduction techniques were applied and the most representative filtered image was determined. Then the soil moisture was calculated for the mapped area using the obtained linear regression equations for each corresponding land-cover type. The results proved the efficiency of SAR data in soil-moisture mapping for bare soils and at the early growing stage of fieldcrops. / Landwirtschaftliche Produktion erlangt mit weltweit steigender Nahrungsmittelnachfrage zunehmende Bedeutung. Zahlreiche Faktoren bedrohen die landwirtschaftliche Produktion wie beispielsweise die globale Klimaveränderung einschließlich ihrer indirekten Nebenwirkungen. Somit ist das Monitoring der Produktion selbst und der wesentlichen Produktionsparameter eine zweifelsfrei wichtige Aufgabe. Die vorliegende Studie widmet sich in diesem Kontext zwei Schlüsselinformationen, der Aufnahme landwirtschaftlicher Kulturen und den Bodenfeuchteverhältnissen, jeweils unter Nutzung von Satellitenbilddaten von Radarsensoren mit Synthetischer Apertur, die im X- und L-Band operieren. Landnutzungskartierung spielt eine essentielle Rolle für zahlreiche agrarische Anwendungen; genannt seien hier nur Bewässerungsmaßnahmen, Ernteschätzung und Fördermittelkontrolle. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Modell entwickelt, welches auf Grundlage einer Texturanalyse der genannten SAR-Daten für variable Richtungen und Distanzen eine Klassifikation landwirtschaftlicher Nutzungsformen ermöglicht. Das Modell wurde als zusätzliche Funktionalität für die ArcGIS-Software implementiert. Es bindet dabei Klassifikationsverfahren ein, die aus dem Funktionsschatz der Sprache „R“ entnommen sind. Zum Konzept: Ein Bündel von Texturparametern wird durch das vorliegende Programm auf Schlagbasis berechnet und in einer Polygonattributtabelle der landwirtschaftlichen Schläge abgelegt. Auf diese Attributtabelle greift das nachfolgend einzusetzende Klassifikationsmodul zu. Die Software erlaubt nun die Suche nach „aussagekräftigen“ Teilmengen innerhalb des umfangreichen Texturmerkmalsraumes. Im Klassifikationsprozess kann aus verschiedenen Ansätzen gewählt werden. Genannt seien „Support Vector Machine“ und künstliche neuronale Netze. Das Modell wurde für einen typischen mitteleuropäischen Untersuchungsraum mit landwirtschaftlicher und gartenbaulicher Nutzung getestet. Er liegt südlich von Pirna im Freistaat Sachsen. Zum Test lagen für den Untersuchungsraum Daten von TerraSAR-X und ALOS/PALSAR (HH/HV) aus identischen Aufnahmetagen vor. Die Untersuchungen beweisen ein hohes Potenzial der Texturinformation aus hoch aufgelösten SAR-Daten für die landwirtschaftliche Nutzungserkennung. Auch die erhöhte Dimensionalität durch die Kombination von zwei Sensoren erbrachte eine Verbesserung der Klassifikationsgüte. Kenntnisse der Bodenfeuchteverteilung sind u.a. bedeutsam für Bewässerungsanwendungen und hydrologische Modellierung. Die oben genannten SAR-Datensätze wurden auch zur Bodenfeuchteermittlung genutzt. Eine Verifikation wurde durch synchrone Feldmessungen ermöglicht. Initial musste der Radar-typische „Speckle“ in den Bildern durch Filterung verringert werden. Verschiedene Filtertechniken wurden getestet und das beste Resultat genutzt. Die Bodenfeuchtebestimmung erfolgte in Abhängigkeit vom Nutzungstyp über Regressionsanalyse. Auch die Resultate für die Bodenfeuchtebestimmung bewiesen das Nutzpotenzial der genutzten SAR-Daten für offene Ackerböden und Stadien, in denen die Kulturpflanzen noch einen geringen Bedeckungsgrad aufweisen.

Climatic change is associated with the increase of greenhouse gases (GHG) concentration, including carbon dioxide (CO2). Among the most important strategies to decrease global warming are decrease emissions and increase biological capture of CO2 through carbon sequestration in the ecosystems. Therefore, soils are fundamental to this strategy because depending in its use and management, they could act as a carbon source or sink. A study was conducted in a Rhodic Hapludox, in a long-term (22 years) experiment, to evaluate CO2-C emissions from soil produced by management practices and its dependence on soil temperature and moisture. CO2-C emissions were intensively analysed with two soil cameras, a dynamic camera (Licor-6400-09) fabricated by LI-COR Company and a static camera (PVC camera) during an evaluation period of 30 days. A intensive cropping system were used in both tillage systems. Results suggest that tillage systems produced differences in the CO2-C emission. No-till system had the highest CO2-C efflux from soil, being 22% higher than the conventional tillage. In conventional tillage highest peaks of CO2-C emissions were verified after soil tillage with disk harrow and chisel plow, nevertheless they were of short duration. CO2-C emissions were influenced by variations in soil temperature and moisture. Higher CO2-C emissions from soil in the no-till system were related to higher soil carbon stocks, presence of soybean residues in the surface, higher contents of particulate organic carbon and higher microbial biomass that together with the higher soil moisture compared to conventional tillage explained the higher efflux. The CO2-C efflux in the long-term no-till reflected the higher soil quality in this system. These results suggest that in the long-term no-till system due to high biologic activity and high soil moisture, soybean residues won t increase soil organic matter content. / As mudanças climáticas contemporâneas estão sendo associadas ao aumento da concentração de gases de efeito estufa (GEE), entre eles o dióxido de carbono (CO2). Entre as estratégias para diminuir o aquecimento global destaca-se a diminuição das emissões e o incremento da absorção biológica de CO2 através do seqüestro de carbono em ecossistemas. Assim, os solos são fundamentais nessa estratégia uma vez que, dependendo do seu uso e manejo, podem ser um importante fonte ou sumidouro de carbono. Com o objetivo de avaliar as emissões de C-CO2 do solo causadas pelas práticas de manejo e sua dependência na temperatura e umidade do solo, desenvolveu-se um estudo em solo classificado como Latossolo Vermelho distrófico típico em experimento de longa duração (22 anos). As emissões de C-CO2 foram registradas e captadas com duas câmaras; uma dinâmica (Licor-6400-09) fabricada pela companhia LI-COR e outra estática (câmara de PVC) durante um período de avaliação de 30 dias. Os resultados demonstraram que os sistemas de preparo causaram diferenças na emissão de C-CO2 do solo e o plantio direto (PD) foi o que ocasionou o maior efluxo de CO2 do solo, sendo 22% superior ao preparo convencional (PC). Os maiores picos de emissões de C-CO2 foram verificados logo após o preparo do solo com arado e gradagem na parcela sob PC, porém tiveram curta duração. As emissões de C-CO2 foram influenciadas pelas variações da temperatura e umidade do solo, foi verificada correlação significativa (r=0,89) entre o fluxo de C-CO2 do solo e a temperatura do solo em PD, contrastando com o PC onde não houve correlação entre estas variáveis. As maiores emissões de C-CO2 do solo no PD foram relacionadas ao maior estoque de carbono, a presença de resíduos na superfície, a maior quantidade de carbono lábil e a maior biomassa microbiana que associados com maior umidade do solo explicam o efluxo, refletindo assim a maior qualidade do solo neste sistema. Os resultados sugerem que no PD de longa duração, devido à alta atividade biológica e altos conteúdos de umidade, os resíduos de soja não promoverão aumento de matéria orgânica do solo. As emissões de C-CO2 captadas com a câmara dinâmica foram correlacionadas significativamente com as emissões da câmara estática no PD. No entanto, não apresentaram relação no PC. Este projeto de pesquisa é o resultado de uma cooperação científica entre o grupo de pesquisa em Manejo do Solo da UFRGS, Departamento de Solos da UFSM e FUNDACEP.

Resumo: A caracterizacao da variabilidade espacial de atributos do solo de areas agricolas e uma tarefa importante, pois somada a influencia dos aspectos pedologicos temos uma grande contribuicao do manejo. Neste trabalho foi determinada a estrutura da variabilidade espacial da emissao de CO2, temperatura e umidade em Latossolo Vermelho eutroferrico em tres localidades sob cultivo da cana-de-acucar em sistemas de manejos de cana crua e de cana queimada, no nordeste do Estado de Sao Paulo. As maiores emissoes foram observadas no local sob manejo de cana queimada, num valor medio de 2,05 Êmol m-2 s-1, porem dependencia espacial na emissao de CO2 foi encontrada somente nas areas sob manejo de cana crua. Os modelos de semivariancia foram exponenciais, esfericos e gaussianos sendo a dependencia espacial classificada como forte ou moderada em todos os casos. Os mapas de krigagem da emissao de CO2, temperatura e umidade do solo sob manejo de cana queimada mostraram correspondencia a declividade do terreno, com as maiores emissoes e temperaturas e menores umidades localizadas na parte mais alta do local estudado. Os resultados indicaram correlacao linear entre a emissao de CO2 com a temperatura e com a umidade do solo somente no local com manejo de cana queimada, e nao no sistema de cana crua, onde a presenca de palhada na superficie certamente impede a acao direta da radiacao solar e o escoamento de chuvas. / Abstract: The characterization of spatial variability in agricultural soils is an important task, because added to the pedological aspects the soil management also influences such variability. In this work the spatial variability structure of a bare Dark Red Latosol CO2 emission, temperature and moisture were determined in three locations used with sugar cane crop culture, submitted to slash and burn or no till management systems in northeastern of Sao Paulo State. The highest emissions were observed in the slash and burn plot, with mean value of 2,05 Êmol m-2 s-1, but no spatial variability structure was seen for the CO2 emission in this plot. The variability models were exponential, spherical and gaussian, being the spatial dependence classified as strong and moderate in all the cases. In the slash and burn system, the kriging maps of soil CO2 emission, temperature and moisture had shown similarities to the land declivity, with the higher emissions and temperatures and the lower moisture values located in the highest parts of the studied place. The results indicated linear correlation between soil emission with temperature and moisture only in the slash and burn plot, and not in the no-till plots where crop residues were left in soil surface and certainly modified the direct action of the solar radiation and the rain draining. / Orientador: Newton La Scala Júnior / Coorientador: Gener Tadeu Pereira / Banca: José Marques Júnior / Banca: Marisa de Cássia Piccolo / Mestre

Soil moisture can be a determining factor in hydrological processes. However, the monitoring of soil water content is difficult to perform because of its spatio-temporal variability and because field measurements are expensive and time-consuming. Thus, the use of the Tank Model and also a moisture index derived from this model can be very useful in hydrological studies and in the management of natural disasters. In addition, the evaluation of this index in a distributed form in the river basin allows a more detailed analysis of the water content of the soil, considering its spatial variability. The objective of this study was to develop a distributed version of the Tank Model (D-Tank Model) to determine a soil moisture content (IUS), dividing the basin into cells with a resolution of 2 meters. The study area was the Araponga River basin (5.26 ha), located in the north of Santa Catarina, and with hydro-meteorological and tensiometric data available. In the study, data were used every 5 minutes of rainfall, evapotranspiration and flow, and soil water tension every 10 minutes, measured from March 2011 to December 2015. Initially the Tank Model was used, Aiming only at the rain-flow process of the basin for five short-duration events aiming at the calibration of the parameters, which were also used in the D-Tank Model cells. The validation of this transfer of parameters was done using the average of the parameters found in the calibration, applying it in two other short duration events. After validation, the water storage in the soil of each of the basin cells generated for the D-Tank Model was calculated. With the D-Tank Model, the IUS values were obtained, which were compared with the soil water tension values measured by the tensiometers. The individual storage values of the two reservoirs S1, and S2, were also compared with the water tension values. The comparison was made through the linear correlation coefficient, seeking negative correlations between the variables, which occurred in a satisfactory way, both between the IUS and the tension values, as well as the storage values of the reservoirs and the water tension values. The present work showed that IUS may be an applicable measure for soil moisture representation. / A umidade do solo pode ser um fator determinante nos processos hidrológicos. No entanto, o monitoramento do conteúdo de água no solo é difícil de ser realizado, devido à sua variabilidade espaço-temporal e porque as medições de campo são dispendiosas e demoradas. Assim, a utilização do Tank Model e também de um índice de umidade, derivado deste modelo, podem ser muito úteis nos estudos hidrológicos. Além disso, a avaliação desse índice de forma distribuída na bacia hidrográfica permite uma análise mais detalhada do conteúdo de água do solo, uma vez que considera a sua variabilidade espacial. O objetivo deste estudo foi desenvolver uma versão distribuída do Tank Model (D-Tank Model), para determinar um índice de umidade do solo (IUS), dividindo a bacia em células com resolução de 2 metros. A área de estudo foi a bacia hidrográfica do Rio Araponga (5,26 ha), localizada no norte de Santa Catarina, e com disponibilidade de dados hidro-meteorológicos e tensiométricos. No estudo foram utilizados dados a cada 5 minutos de precipitação, evapotranspiração e vazão, e de tensão de água no solo a cada 10 minutos, medidos no período de março de 2011 a dezembro de 2015. Inicialmente foi utilizado o Tank Model (concentrado), visando somente o processo chuva-vazão da bacia para cinco eventos de curta-duração visando a calibração dos parâmetros, que foram também utilizados nas células do D-Tank Model. A validação desta transferência de parâmetros se deu utilizando a média dos parâmetros encontrados na calibração, aplicando-a em outros dois eventos de curta duração. Após a validação, foi calculado o armazenamento de água no solo, de cada uma das células da bacia, geradas para o D-Tank Model. Com o D-Tank Model obteve-se os valores de IUS, que foram comparados com os valores de tensão da água no solo, medidos pelos tensiômetros. Os valores de armazenamento individuais dos dois reservatórios S1, e S2, também foram comparados com os valores de tensão. A comparação foi feita através do coeficiente de correlação linear, buscando correlações negativas entre as variáveis, o que ocorreu de forma satisfatória, tanto entre o IUS e os valores de tensão, como para os valores de armazenamento dos reservatórios e os valores de tensão da água no solo. O presente trabalho mostrou que o IUS pode ser uma medida aplicável para representação da umidade do solo.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-09-12Bitstream added on 2014-06-13T20:50:12Z : No. of bitstreams: 1 panosso_ar_me_jabo.pdf: 2194382 bytes, checksum: c6f96722456045aaddb9ac21be01b595 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A caracterizacao da variabilidade espacial de atributos do solo de areas agricolas e uma tarefa importante, pois somada a influencia dos aspectos pedologicos temos uma grande contribuicao do manejo. Neste trabalho foi determinada a estrutura da variabilidade espacial da emissao de CO2, temperatura e umidade em Latossolo Vermelho eutroferrico em tres localidades sob cultivo da cana-de-acucar em sistemas de manejos de cana crua e de cana queimada, no nordeste do Estado de Sao Paulo. As maiores emissoes foram observadas no local sob manejo de cana queimada, num valor medio de 2,05 Êmol m-2 s-1, porem dependencia espacial na emissao de CO2 foi encontrada somente nas areas sob manejo de cana crua. Os modelos de semivariancia foram exponenciais, esfericos e gaussianos sendo a dependencia espacial classificada como forte ou moderada em todos os casos. Os mapas de krigagem da emissao de CO2, temperatura e umidade do solo sob manejo de cana queimada mostraram correspondencia a declividade do terreno, com as maiores emissoes e temperaturas e menores umidades localizadas na parte mais alta do local estudado. Os resultados indicaram correlacao linear entre a emissao de CO2 com a temperatura e com a umidade do solo somente no local com manejo de cana queimada, e nao no sistema de cana crua, onde a presenca de palhada na superficie certamente impede a acao direta da radiacao solar e o escoamento de chuvas. / The characterization of spatial variability in agricultural soils is an important task, because added to the pedological aspects the soil management also influences such variability. In this work the spatial variability structure of a bare Dark Red Latosol CO2 emission, temperature and moisture were determined in three locations used with sugar cane crop culture, submitted to slash and burn or no till management systems in northeastern of Sao Paulo State. The highest emissions were observed in the slash and burn plot, with mean value of 2,05 Êmol m-2 s-1, but no spatial variability structure was seen for the CO2 emission in this plot. The variability models were exponential, spherical and gaussian, being the spatial dependence classified as strong and moderate in all the cases. In the slash and burn system, the kriging maps of soil CO2 emission, temperature and moisture had shown similarities to the land declivity, with the higher emissions and temperatures and the lower moisture values located in the highest parts of the studied place. The results indicated linear correlation between soil emission with temperature and moisture only in the slash and burn plot, and not in the no-till plots where crop residues were left in soil surface and certainly modified the direct action of the solar radiation and the rain draining.

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2017-07-27T12:49:58Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 7019018 bytes, checksum: 871823e939a6e022aaadd5b6b55b3dab (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-27T12:49:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 7019018 bytes, checksum: 871823e939a6e022aaadd5b6b55b3dab (MD5) Previous issue date: 2016-03-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This Master thesis studies the spatio-temporal variability of soil moisture in the Guaraíra experimental watershed, located on the southern coast of Paraíba. As it is an experimental basin, it is of great importance to know how its variables work and interact together, in order to allow inferences in similar basins. In that case, the soil moisture play a role responsible for several factors in the watershed, like flow generation, drought development and groundwater recharge, for example. Initially, being a small watershed, (5,84 km²) it was believed that its results related to soil moisture should be very homogeneus, however, a hypothesis was made about how the different soil and vegetation cover between each station could make an influence in the results. The research had as its main objective to study the spatio-temporal variability on the soil moisture on the said study area, in order to use these information as subsidy to similar basins, even bigger ones. For this it was used data from the TDR (Time Domain Reflectometry) soil moisture probes installed at five stations and pluviographs in the study area combined with manual collection for calibration and validation of the probe’s results since april 2013 until September 2014. This way, it was possible to apply the methods used by Vachaud et al. (1985( and Mittelbach & Seneviratne (2012), with the disconnection of the resilts of soil moisture into its variable and invariable parts on time, which consist in the spatio-temporal variability of soil moisture analysis. As the TDR probes used to measure soil moisture give a temporal resolution of one hour, an analysis of temporal resolution was proceeded, allowing to use diary data in order to represent the soil moisture, without significant variation of results. The results confirmed the homogeneity of spatio-temporal variability of the soil moisture in the basin, except for the station with less vegetation cover, where the spatio-temporal variability of soil moisture differed significantly from the rest of the basin. Thus, it was perceived the similiraty between the results of soil moisture in the terms of temporal mean and anomalies, for the stations with similar vegetation cover. This way, it was concluded that the fact that the results of the station with less vegetation cover had been so different is due to its lack of vegetation cover, being very different from the rest of the basin, thus enhancing the importance of vegetacion cover as a natural controller of soil moisture. As to the temporal variability, that is more susceptible to climatic effect, like precipitation for example, while the spatial-variability is more related to the invariable terms on time. Yet, the calibration of the probes was successfully executed and they do represent well the soil moisture for that study area, allowing continuous monitoring on that experimental basin. / Este trabalho tem como objeto de estudo a variabilidade espaço-temporal da umidade do solo na bacia hidrográfica experimental do riacho Guaraíra, localizada na região litorânea sul do Estado da Paraíba. Tratando-se de uma bacia experimental, é de suma importância conhecer como funcionam e interagem entre si seus variados elementos, afim de possibilitar inferências em bacias semelhantes. Nisto, a umidade do solo é responsável por vários outros fatores na bacia hidrográfica, tais quais geração de vazão, desenvolvimento de secas e recarga de aquíferos, por exemplo. Inicialmente, por ser uma área pequena (5,84 km²), acreditava-se que os seus resultados relativos à umidade do solo seriam bastante homogêneos, entretanto, pensou-se na hipótese de os diferentes solos e vegetações de cada estação poderem influenciar no comportamento da umidade do solo. A pesquisa teve então como principal objetivo estudar a variabilidade espaço-temporal da umidade do solo na referida área de estudo, de forma a utilizar estas informações como subsídio para bacias semelhantes, podendo até serem de maior porte. Para isto, utilizaram-se dados das sondas de umidade do solo do tipo TDR (Time Domain Reflectometry) e pluviógrafos instalados em cinco locais da bacia experimental, aliados à coletas manuais para calibração e validação dos resultados destas sondas durante o período de abril de 2013 até setembro de 2014. Com isto, aplicaram-se os métodos propostos por Vachaud et al. (1985) e Mittelbach & Seneviratne (2012), que permitem a separação da umidade do solo em suas parcelas variáveis e invariáveis no tempo, que consistem na análise de variabilidade espaço-temporal da umidade do solo. Como as sondas TDR utilizadas para medição da umidade fornecem uma resolução temporal de uma hora, procedeu-se uma avaliação desta resolução temporal que permitiu utilizar dados diários para representar as umidades dos solos, sem variação significativa de resultados. Os resultados confirmaram a homogeneidade da variabilidade espaço-temporal da umidade do solo na bacia experimental, com a exceção da estação que possui menor cobertura vegetal, onde a variabilidade espaço-temporal da umidade do solo diferiu significativamente do resto da bacia. Ainda, percebeu-se a semelhança entre os resultados de umidade do solo das estações com cobertura vegetal semelhantes em termos tanto de média temporal quanto de anomalias. Desta forma, concluiu-se que, o fato de os resultados da estação com pouca cobertura vegetal terem sido tão diferentes na época chuvosa deve-se justamente à esta falta de cobertura vegetal, diferente das outras estações, reforçando a importância da cobertura vegetal como um controlador natural da umidade do solo. Quanto à variabilidade temporal, esta é mais sujeita aos efeitos climáticos, como por exemplo a precipitação, enquanto que a variabilidade espacial está mais atrelada aos termos invariáveis no tempo. Ainda, a calibração das sondas foi efetuada com sucesso e representam bem a umidade do solo para a área de estudo, tornando possível o contínuo monitoramento desta bacia experimental.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RafaelleACF_DISSERT.pdf: 3862937 bytes, checksum: 6acc4a4b451409b32a954e89796aec73 (MD5) Previous issue date: 2012-12-20 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Traditional irrigation projects do not locally determine the water availability in the soil. Then, irregular irrigation cycles may occur: some with insufficient amount that leads to water deficit, other with excessive watering that causes lack of oxygen in plants. Due to the nonlinear nature of this problem and the multivariable context of irrigation processes, fuzzy logic is suggested to replace commercial ON-OFF irrigation system with predefined timing. Other limitation of commercial solutions is that irrigation processes either consider the different watering needs throughout plant growth cycles or the climate changes. In order to fulfill location based agricultural needs, it is indicated to monitor environmental data using wireless sensors connected to an intelligent control system. This is more evident in applications as precision agriculture. This work presents the theoretical and experimental development of a fuzzy system to implement a spatially differentiated control of an irrigation system, based on soil moisture measurement with wireless sensor nodes. The control system architecture is modular: a fuzzy supervisor determines the soil moisture set point of each sensor node area (according to the soil-plant set) and another fuzzy system, embedded in the sensor node, does the local control and actuates in the irrigation system. The fuzzy control system was simulated with SIMULINK? programming tool and was experimentally built embedded in mobile device SunSPOTTM operating in ZigBee. Controller models were designed and evaluated in different combinations of input variables and inference rules base / Projetos de irriga??o tradicionais n?o determinam localmente a disponibilidade de ?gua no solo. Assim, podem ocorrer ciclos irregulares de irriga??o: alguns insuficientes, o que provoca d?ficit de ?gua; outros em demasia, o que causa falta de oxigena??o nas plantas. Devido ? natureza n?o-linear do problema e do ambiente multivari?vel de processos de irriga??o, a l?gica fuzzy ? sugerida como substituta aos sistemas comerciais de irriga??o tipo ON-OFF com temporiza??o pr?-definida. Outra limita??o das solu??es comerciais ? que os processos de irriga??o n?o atendem ?s diferentes necessidades h?dricas dos ciclos de crescimento das culturas nem ?s mudan?as nas vari?veis clim?ticas. Dessa maneira, para atender necessidades agr?colas baseadas em localiza??o, ? indicado monitorar dados ambientais usando sensores sem fio, interligados a um sistema de controle inteligente. Isso ? mais evidente em aplica??es de agricultura de precis?o. Este trabalho apresenta o desenvolvimento te?rico e experimental de um sistema de controle fuzzy espacialmente diferenciado para um sistema de irriga??o, baseado no sensoriamento da umidade do solo com n?s sensores sem fio. A arquitetura do sistema de controle ? modular: um sistema supervis?rio fuzzy determina o set point de umidade do solo da regi?o de atua??o do n? sensor (de acordo com o conjunto solo-plantaclima) e outro fuzzy, embarcado no n? sensor, faz o controle local e atua no sistema de irriga??o. O sistema de controle fuzzy foi simulado com a ferramenta de programa??o SIMULINK? e foi constru?do experimentalmente como sistema embarcado em um dispositivo m?vel SunSPOTTM operando com ZigBee. Modelos de controladores foram desenvolvidos e avaliados em diferentes combina??es de vari?veis de entrada e base de regras de infer?ncia

Soil moisture can be a determining factor in hydrological processes. However, the monitoring of soil water content is difficult to perform because of its spatio-temporal variability and because field measurements are expensive and time-consuming. Thus, the use of the Tank Model and also a moisture index derived from this model can be very useful in hydrological studies and in the management of natural disasters. In addition, the evaluation of this index in a distributed form in the river basin allows a more detailed analysis of the water content of the soil, considering its spatial variability. The objective of this study was to develop a distributed version of the Tank Model (D-Tank Model) to determine a soil moisture content (IUS), dividing the basin into cells with a resolution of 2 meters. The study area was the Araponga River basin (5.26 ha), located in the north of Santa Catarina, and with hydro-meteorological and tensiometric data available. In the study, data were used every 5 minutes of rainfall, evapotranspiration and flow, and soil water tension every 10 minutes, measured from March 2011 to December 2015. Initially the Tank Model was used, Aiming only at the rain-flow process of the basin for five short-duration events aiming at the calibration of the parameters, which were also used in the D-Tank Model cells. The validation of this transfer of parameters was done using the average of the parameters found in the calibration, applying it in two other short duration events. After validation, the water storage in the soil of each of the basin cells generated for the D-Tank Model was calculated. With the D-Tank Model, the IUS values were obtained, which were compared with the soil water tension values measured by the tensiometers. The individual storage values of the two reservoirs S1, and S2, were also compared with the water tension values. The comparison was made through the linear correlation coefficient, seeking negative correlations between the variables, which occurred in a satisfactory way, both between the IUS and the tension values, as well as the storage values of the reservoirs and the water tension values. The present work showed that IUS may be an applicable measure for soil moisture representation. / A umidade do solo pode ser um fator determinante nos processos hidrológicos. No entanto, o monitoramento do conteúdo de água no solo é difícil de ser realizado, devido à sua variabilidade espaço-temporal e porque as medições de campo são dispendiosas e demoradas. Assim, a utilização do Tank Model e também de um índice de umidade, derivado deste modelo, podem ser muito úteis nos estudos hidrológicos. Além disso, a avaliação desse índice de forma distribuída na bacia hidrográfica permite uma análise mais detalhada do conteúdo de água do solo, uma vez que considera a sua variabilidade espacial. O objetivo deste estudo foi desenvolver uma versão distribuída do Tank Model (D-Tank Model), para determinar um índice de umidade do solo (IUS), dividindo a bacia em células com resolução de 2 metros. A área de estudo foi a bacia hidrográfica do Rio Araponga (5,26 ha), localizada no norte de Santa Catarina, e com disponibilidade de dados hidro-meteorológicos e tensiométricos. No estudo foram utilizados dados a cada 5 minutos de precipitação, evapotranspiração e vazão, e de tensão de água no solo a cada 10 minutos, medidos no período de março de 2011 a dezembro de 2015. Inicialmente foi utilizado o Tank Model (concentrado), visando somente o processo chuva-vazão da bacia para cinco eventos de curta-duração visando a calibração dos parâmetros, que foram também utilizados nas células do D-Tank Model. A validação desta transferência de parâmetros se deu utilizando a média dos parâmetros encontrados na calibração, aplicando-a em outros dois eventos de curta duração. Após a validação, foi calculado o armazenamento de água no solo, de cada uma das células da bacia, geradas para o D-Tank Model. Com o D-Tank Model obteve-se os valores de IUS, que foram comparados com os valores de tensão da água no solo, medidos pelos tensiômetros. Os valores de armazenamento individuais dos dois reservatórios S1, e S2, também foram comparados com os valores de tensão. A comparação foi feita através do coeficiente de correlação linear, buscando correlações negativas entre as variáveis, o que ocorreu de forma satisfatória, tanto entre o IUS e os valores de tensão, como para os valores de armazenamento dos reservatórios e os valores de tensão da água no solo. O presente trabalho mostrou que o IUS pode ser uma medida aplicável para representação da umidade do solo.

Annotation: Soil respiration represents an important flow of CO2 between atmosphere and soil. Carbon bounded in the process of photosynthesis may be fixed in soil, but also may be released back to atmosphere in the form of CO2. An accurate evaluation of global carbon balance is a key for the estimation of future development of atmospheric concentration of CO2 and prediction of climate changes. The soil respiration of selected wetland biotopes with graminoid vegetation was studied in relation to concentration of soil carbon, nutrient availability, soil moisture and soil temperature during the vegetation season 2008. The observed wetlands included a locality located near the village of Hamr with mineral soil and the nature reserve Záblatské meadows with organic soil. Soil respiration was measured as CO2 release from soil with the use of the equipment LiCor 6400 with soil chamber. The influence of fertilizer application on CO2 release was not proved for either locality. A relationship between soil respiration and soil moisture was found on Záblatské meadows, where the CO2 release declined with increasing soil moisture.