Les régions méditerranéennes sont particulièrement soumises au risque de crues rapides. Ces crues sont provoquées par des pluies intenses pouvant être stationnaires et qui affectent des bassins versants à la topographie marquée et aux temps de réponses courts. Ces crues peuvent être très violentes, dévastatrices voire meurtrières. Il est donc important de disposer de systèmes de prévision adaptés pour l'anticipation des pluies et des débits des cours d'eau méditerranéens. Le système couplé ISBA-TOP a été particulièrement conçu pour simuler la réponse hydrologique de bassins versants à dynamique rapide. Il s'agit d'un couplage entre le modèle de surface ISBA et une version du modèle hydrologique TOPMODEL adaptée aux crues rapides. Une première étape du travail de thèse a été d'évaluer l'apport d'une meilleure représentation des processus hydrologiques dans le sol pour la simulation des débits avec ISBA-TOP. Une version d'ISBA-TOP basée sur la version diffusive d'ISBA (ISBA-DF qui découpe verticalement les colonnes de sol en de multiples couches) a donc été comparée à la version originale d'ISBA-TOP qui utilisait l'approche ISBA-3L où 3 couches de sol sont représentées. Sur un échantillon d'une vingtaine de cas d'étude, on montre une légère amélioration des simulations de débits avec la nouvelle version d'ISBA-TOP. Cette nouvelle version permet de s'affranchir du calage de deux paramètres gérant la répartition verticale de l'eau dans les colonnes de sol qu'il était nécessaire de réaliser pour chacun des bassins étudiés. La simulation de petits bassins versants non jaugés, pour lesquels on ne dispose pas d'observations pour réaliser le calage des paramètres, peut donc être envisagée. Il n'en reste pas moins que la modélisation hydrologique avec ISBA-TOP (comme avec tout autre modèle) reste entachée d'incertitude. La seconde partie de cette thèse vise à identifier ces incertitudes et à les quantifier. Dans le cas des crues rapides, les données de précipitation utilisées en entrée du modèle hydrologique constituent la source majeure d'incertitude mais elle n'est pas la seule. La connaissance des conditions initiales d'humidité des sols est également incertaine et le modèle hydrologique, lui-même, est entaché d'incertitude de par la `` paramétrisation '' des processus physiques et de par sa structure. Afin d'explorer ces deux sources d'incertitude et de les hiérarchiser, une étude de sensibilité du modèle ISBA-TOP à ses paramètres et à ses conditions initiales d'humidité des sols a été menée. Cette étude de sensibilité a d'abord été conduite pour un cas idéalisé, d'interprétation plus facile, avant de confirmer et d'approfondir les résultats sur des cas réels. Les simulations de débit avec ISBA-TOP se sont avérées particulièrement sensibles à trois des paramètres hydrodynamiques : le contenu en eau à saturation, la conductivité hydraulique à saturation et le taux de décroissance de la transmissivité avec la profondeur. Cette sensibilité, toutefois, est très dépendante des conditions initiales d'humidité des sols. Sur la base des résultats de l'étude de sensibilité, une méthode de perturbation des paramètres du modèle hydrologique a été conçue afin de tenir compte des erreurs de modélisation. Elle est complétée par une méthode de perturbations des conditions initiales en humidité des sols afin de constituer un système de simulation hydrologique d'ensemble. Evalué sur six cas réels, il a été montré que cet ensemble a un apport pour la simulation des débits par rapport à la version déterministe du modèle. / Intense precipitation events in the Mediterranean often lead to devastating flash floods. The affected watersheds are characterized by steep slopes and a short response time. Flash floods can be violent and destructive. Dedicated meteorological and hydrological systems are thus necessary to anticipate those flash floods. The ISBA -TOP coupled system was developed to simulate the hydrological reaction of fast responding rivers. It is a coupling between the ISBA surface scheme and a version of the TOPMODEL hydrological model dedicated to mediterranean flash floods simulation. A first part of the thesis aims at assessing the benefit of a better representation of hydrological processes within the soil for discharge simulation with ISBA-TOP. Moreover, it would allow the use of ISBA-TOP for any watershed even ungauged. A version of ISBA-TOP based on ISBA-DF (the diffusive version of ISBA that discretizes soil columns in multiple layers) has been compared to the original ISBA-TOP that relies on ISBA-3L (with only 3 soil layers). On 18 study cases, better discharge simulations are obtained basically using the new ISBA-TOP version. So this improved representation of hydrological processes in the soil allows to improve discharge simulations and to be confident into the results obtained for small ungauged catchments. The second part of this PhD work concerns the uncertainty that affects ISBA-TOP simulations. For flash floods, rainfall data used to drive an hydrological model are the major source of uncertainty. But initial soil moisture knowledge is also uncertain and the hydrological model himself is affected by uncertainty. The sensitivity of ISBA-TOP model to its parameters and initial soil moisture is investigated to document those two sources of uncertainty. First an academic case is used to verify some preliminary hypotheses and then real cases are studied to properly consider the different data heterogeneities. Discharge simulations with ISBA-TOP are sensitive to three hydro dynamical parameters : the saturated soil water content, the saturated hydraulic conductivity and the rate of decrease of the transmissivity with depth. This sensitivity is found very dependant on initial soil moisture conditions. Perturbation methods varying the 3 parameters that have the highest impact on discharge simulations as well as initial soil moisture allow to design an ensemble prediction system. This ensemble has been assessed for 6 real cases. Using this ensemble-based approach for discharge simulation lead to better results than using the deterministic version. The skill of the ensemble with 30 to 50 members is close to the skill of this ensemble with 100 members whereas it outerperfoms an ensemble with 10 members. The last part of the thesis is the conception of a complete hydrometeorological ensemble prediction system (HEPS). The hydrological ensemble defined in the second part of the thesis is used to take the uncertainty that affects the hydrological modelling and initials soil moisture into account. The uncertainty that affects precipitation fields is sampled using the AROME ensemble prediction system (AROME-EPS). The skill of this complete chain is better than an HEPS based on AROME-EPS and the deterministic version of ISBA-TOP. But both HEPS exhibit a low bias for discharge simulation on the study cases sample. This bias can come from a low bias that is found for the AROME-EPS rainfall forecasts. A simple bias correction applied on rainfall forecasts improves the bias on discharge forecasts.

Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2016-10-14T11:56:08Z No. of bitstreams: 1 Tatyana Keyty de Souza Borges.pdf: 2480617 bytes, checksum: 7173e0074fec460be65b2ca9806e89e9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-14T11:56:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tatyana Keyty de Souza Borges.pdf: 2480617 bytes, checksum: 7173e0074fec460be65b2ca9806e89e9 (MD5) Previous issue date: 2013-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / This study aimed to investigate the performance of conservation techniques in experimental plots in the Ultisol abrúptico Eutrophic, to support planning and management of rainfed agriculture and availability of water resources in Pesqueira / PE. In additionally, it was determined the influence of mulching on soil and water losses by erosion in dystrophic Ultisol, using simulated rainfall in laboratory. This experiment was conducted with soil different from the previous due to the high cost of transporting the same. We performed the analysis of the dynamics of moisture and productivity of maize, considering natural rainfall in plots under different land cover types: bare soil (SD); growing corn vegetative drawstring with cactus, Opuntia ficus-indica Mill., (P) to form barriers to contain runoff, spaced 0.25 x 0.5 x 3.0 m, soil with natural cover (CN), corn cropped using stones, with approximately 8 cm high and 10 cm wide with 1 m distance between the rails, associated with mulch (BCM) and maize cultivation downhill (MA). Maize (Zea mays L.) in the period from April 14 to July 19 of the year 2011, and mulch used, available in the region, was the straw elephant grass (Pennisetum purpureum), with a density of 7 Mg ha -1, applied 20 days after sowing of maize. It was conducted biweekly monitoring of soil moisture, as well as biometrics culture. For the tests performed in the laboratory, used a rainfall simulator and experimental plots of dimensions 1.0 x 0.5 (0.5 m2), and 20 cm deep, with three replicates for each treatment, which were made 9 tests in total, with the absence and presence of mulch. The density of soil mulch, used the plots were 6 and 12 Mg ha-1 straw of sugar cane. Among the treatments evaluated in the field as well as in the laboratory, the mulch allowed greater control water erosion and maintaining humidity, to contribute to the process of water infiltration into the soil in relation to treatment with bare soil, and encourage the development maize under rainfed conditions. / Este trabalho visou investigar o desempenho de técnicas conservacionistas em escala de parcelas experimentais no Argissolo Amarelo Eutrófico abrúptico, como suporte ao planejamento e manejo da agricultura de sequeiro e disponibilidade de recursos hídricos, em Pesqueira/PE. Além disso, determinou-se a influencia do mulching nas perdas de solo e água por erosão hídrica, no Argissolo Amarelo Distrófico, utilizando chuva simulada em laboratório. Este experimento foi realizado com solo diferente do anterior devido ao custo elevado em transportar o mesmo. Foi realizada a análise da dinâmica da umidade e da produtividade da cultura do milho, considerando chuvas naturais, em parcelas sob diferentes tipos de cobertura do solo: solo descoberto (SD); cultivo de milho com cordão vegetativo com palma forrageira, Opuntia ficus-indica Mill. (P), de modo a formar barreiras para contenção do escoamento superficial, no espaçamento de 0,25 x 0,5 x 3,0 m; solo com cobertura natural (CN); cultivo do milho em nível com barramento em pedras, com aproximadamente 8 cm de altura e 10 cm de largura, com distância de 1 m entre os barramentos, associado com cobertura morta (BCM); e cultivo do milho morro abaixo (MA). O milho (Zea mays L.) foi cultivado no período de 14 de abril a 19 de julho do ano de 2011, e a cobertura morta utilizada, disponível na região, foi a palha de capim elefante (Pennisetum purpureum Schum), com densidade de 7 Mg ha-1, sendo aplicada 20 dias após o semeio do milho. Foram realizados monitoramentos quinzenais da umidade do solo, bem como biometria da cultura. Para os testes realizados em laboratório, utilizou-se um simulador de chuvas e parcelas experimentais de dimensões de 1,0 x 0,5 (0,5 m2), com 20 cm de profundidade, com três repetições para cada tratamento, no qual foram feitos 9 testes no total, com ausência e presença de cobertura morta. A densidade de cobertura morta do solo, usadas nas parcelas, foram de 6 e 12 Mg ha-1 de palha de cana-de-açúcar. Dentre os tratamentos avaliados em campo, como também em laboratório, a cobertura morta permitiu uma maior redução da erosão hídrica e manutenção da umidade, ao contribuir com o processo de infiltração da água no solo em relação ao tratamento com solo descoberto, e favorecer ao desenvolvimento do milho em regime de sequeiro.

Orientadores: Edson Eiji Matsura, Jarbas Honorio de Miranda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-09T21:31:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_AndersonLuizde_D.pdf: 4529373 bytes, checksum: 402972ab3e735c73df6c25a04dbbd1e9 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Conhecer a dinâmica da água e de solutos no solo é condição imprescindível para a produção agrícola sustentável. O sucesso destes modelos numéricos em descrever a dinâmica da água e de solutos no solo está intimamente ligado à precisão com que os parâmetros físicohídricos, envolvidos nestes processos são determinados. De uma maneira geral, a determinação dos parâmetros de transporte de íons no solo esta associado ao ajuste de modelos teóricos a dados associados a ensaios experimentais de deslocamento miscível. Tal procedimento além dos erros numéricos associados ao ajuste destes parâmetros, também é susceptível a erros experimentais. Sendo assim, mostra-se necessário a proposição de técnicas de modelagem que incorporem, de maneira apropriada as imprecisões intrínsecas ao estudo experimental da dinâmica da água e de soluto no solo. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo avaliar o potencial do uso da lógica fuzzy, sobretudo de um modelo baseado em regras fuzzy (MBRF), na simulação numérica destes processos. A utilização da teoria dos conjuntos fuzzy é vantajosa à medida que permite que as incertezas envolvidas na dinâmica da água e de solutos no solo sejam absorvidas pela utilização de conjuntos de regras. A base de regras foi construída a partir de um conjunto de dados teóricos, denominado conjunto de treinamento, obtido a partir da simulação numérica das Equações Diferenciais Parciais que regem as dinâmicas da água no solo. O conjunto de treinamento foi obtido utilizando-se o modelo computacional Hydrus-2D. A construção do MBRF, utilizado para descrever a dinâmica da água no solo na direção vertical foi feita utilizando-se o ambiente computacional MATLAB 6.5. Paralelamente a modelagem da dinâmica da água, o estudo do transporte de potássio no solo foi feito considerando-se apenas o fluxo de massa. Os resultados obtidos pelo MBRF foram comparados com resultados obtidos no estudo experimental da dinâmica da água e de solutos em colunas verticais de solo equipadas com sondas de TDR e extratores de solução. Face aos resultados obtidos, pode-se concluir que, neste trabalho, muito embora os resultados apresentados pelo MBRF na simulação da dinâmica de água e de solutos no solo tenham sido apenas razoáveis, o uso da teoria de conjuntos fuzzy aplicada ao estudo destes processos, devido a sua simplicidade de formulação e interpretação, apresentou-se como uma importante ferramenta para auxiliar na tomada de decisão de processos que busquem o uso racional da água e do solo nas atividades agrícolas / Abstract: To know the water and solute dynamics is a indispensable condition for the sustainable agricultural production. The numeric models success in escribe those processes is intimately linked to the precision with the physical- hydric arameters involved in these processes are determineted. In a general way, the determination of the ions transport parameters are obtained by the adjustment of theoretical models to experimental data of miscible displacement studies. Such procedure, besides numerical mistakes, associated to the adjustment of these parameters, is also associated to experimental errors. In this way, the proposition of modeling techniques that incorporate, in an appropriate way, those intrinsic imprecisions are necessary. For this reason, this work¿s goal is evaluate the rule based fuzzy model¿s (RBFM) potential in the numeric simulation of these processes. The use of the fuzzy theory is advantageous once it allows to incorporate the uncertainties involved in the soil water and solutes dynamics using a set of rules. The base of rules was built using a set of theoretical data, denominated training set, obtained by the numeric simulation of the Equations that govern the water dynamics in the soil profile. The training set was obtained using the computational model Hydrus-2D. The construction of the RBFM, used to describe the vertical water dynamics, was done the computational software MATLAB 6.5. Parallel to the water dynamics modeling, a potassium transport study was made considering just the mass flow process. The results obtained with RBFM were compared with experimental data obtained in study of the water and solute dynamics in a vertical soil column, equipped with TDR probes and solution extractors. Face to the obtained results, it can be concluded that, in this work, the presented RBFM wasn¿t very efficient in describe water and solute dynamics the dynamics. In the other hands, apart of those results, the development of this modeling technique showed a great potential in the soils water and solute dynamics, reinforcing the importance of more investigations in this way / Doutorado / Agua e Solo / Doutor em Engenharia Agrícola

nÃo hà / A observaÃÃo da superfÃcie terrestre por meio de satÃlites em Ãrbita de nosso planeta tornou-se corriqueira no mundo contemporÃneo. As inferÃncias de variÃveis ambientais diversas feitas a partir de imagens e dados fornecidos por satÃlites cada vez mais aumentam em qualidade e aplicabilidade de maneira que um nÃmero crescente de hidrologistas, meteorologistas, climatologistas e outros profissionais e leigos em geral fazem uso intensivo delas em estudos e pesquisas, em polÃticas governamentais ou na tomada de decisÃo. Uma dessas variÃveis à a umidade superficial do solo, que representa uma importante componente do ciclo hidrolÃgico terrestre, essencial em vÃrios processos naturais ambientais e cujo conhecimento à importante no gerenciamento dos recursos hÃdricos e terrestres, gerenciamento agrÃcola e na modelagem do meio ambiente e agrÃcola. As informaÃÃes derivadas de satÃlites, apesar de ainda apresentarem algumas limitaÃÃes tÃcnicas, podem facilitar bastante o monitoramento ambiental ao se tornarem, muitas vezes, mais Ãgeis e mais econÃmicas do que mediÃÃes locais in situ. Em paÃses em desenvolvimento e de limitados recursos financeiros, tais como o nosso, a informaÃÃo por satÃlites cresce em valor. No Estado do CearÃ, isso desponta ainda mais em virtude das suas dificuldades econÃmicas e sociais. Em vista disso, à proposta, neste trabalho, a aplicaÃÃo nesse estado do Nordeste de um mÃtodo de inferÃncia, por satÃlite, do estado geral da umidade superficial do solo expresso pelo Ãndice de Seca Temperatura-VegetaÃÃo (ISTV), que à indicativo do grau da umidade, estando a ela relacionado. Esse Ãndice à obtido a partir da combinaÃÃo de informaÃÃes da Temperatura da SuperfÃcie Continental (TSC) e do Ãndice de VegetaÃÃo por DiferenÃa Normalizada (IVDN), inferidos por meio de imagens no visÃvel e no infravermelho que podem ser fornecidas por satÃlites meteorolÃgicos operacionais, de Ãrbita polar, tais como os da sÃrie NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration, EUA). No mÃtodo, foi escolhido, da literatura cientÃfica, um algoritmo de cÃlculo da TSC que apresenta certa facilidade de uso, sendo diretamente dependente da FraÃÃo de Cobertura de VegetaÃÃo (FCV) e que pode fornecer boas inferÃncias dessa temperatura. Nesse algoritmo, foram testadas, de forma inÃdita, algumas diferentes formulaÃÃes da FCV encontradas na literatura especializada, representando uma delas o estado da arte no assunto. Foram usadas imagens provenientes do satÃlite NOAA-17, recepcionadas na FUNCEME, e um software especÃfico, dessa FundaÃÃo, para se processar as imagens e implementar a metodologia abordada. Alguns testes foram feitos para duas regiÃes relativamente pequenas do semiÃrido cearense, com destaque para uma delas englobando a Bacia Experimental de Aiuaba (BEA), comparando-se as informaÃÃes do satÃlite NOAA-17 com dados in situ (provenientes de sondas no solo) e com dados advindos dos satÃlites ambientais Terra (dados de TSC, disponÃveis na Internet) e Aqua (dados de umidade superficial do solo). Procurou-se mostrar as diferenÃas qualitativas entre os mapeamentos obtidos, de umidade superficial do solo, e entre estes e os oferecidos pela modelagem em geral. Os resultados encontrados mostraram-se promissores para a utilizaÃÃo no territÃrio cearense do ISTV (no modelo trapezoidal) por meio de satÃlites NOAA, com o algoritmo de Kerr para o cÃlculo da TSC e com a FCV dada pelo Scaled Difference Vegetation Index (SDVI), com o fim de se estimar o estado geral da umidade superficial do solo sobre grandes Ãreas. Entretanto, recomenda-se mais validaÃÃo local posterior do mÃtodo usado, para detecÃÃo de possÃveis erros ou limitaÃÃes nÃo vislumbradas nestes primeiros testes, visando sua definitiva aplicaÃÃo operacional no Cearà e mesmo no semiÃrido do Nordeste.

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.

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / Soil compaction is closed related to agriculture as well as animal production management. Soil quality improvement has not been always achieved with use of soil conservation practice as no-tillage or use of animal production integrated to agriculture management. Agricultural traffic and soil management effects on soil compaction are not well known, specially associated to wet soils, and in many cases, has induced to compaction states which restrict crop growth and productivity, which in turn, has lead farmers to break the compaction using mechanical tools as plow or chisel. To better understand compaction effects and critical values of soil physical properties on black beans growth and productivity four studies were set up out in the field. Another field study were performed in five typical dairy farms in Rio Grande do Sul plateau which use systems with agriculture integrated with animal production, including forage management and time of grazing. The objective of this study was to study animal trampling effects on soil physical properties, bulk density, porosity and soil resistance. The first experiment cultivated black beansi in a clayey Oxisol with the following treatments: a) immediate compaction caused by traffic of 16.6 Mg front buck loader; b) chiseling and; c)residual compaction from six years no-tillage. The additional compaction affected mass-volume relations, soil moisture and resistance, a well as black beans growth and productivity. The other three experiments were carried out in an Alfisol from central depression of Rio Grande do Sul with objectives to compare effects of immediate and residual compaction and soil chiseled on soil physical properties and black beans growth and productivity. The immediate compaction was obtained by traffic of a 9 Mg buck loader on present soil condition and on soil compacted with 10 Mg one year ago. For studied Alfisol the bulk density which restricted crop growth and productivity had value higher than 1.7 Mg m-3. The state of compaction with bulk density higher than 1.8 Mg m-3 and macroporority lower than 0.1 m3 m-3 reduced black beans height, leaf area index and crop productivity in abou 50%. The negative effects of additional compaction were maintained after twelve months and succession of three crops (soybeans, oats and black beans), reducing the black benas productivity in 61.8 %. Breaking compaction of a Oxisol under six no-tillage or Alfisol under twelve years no-tillage by soil chiseling did not improve soil quality which induce significant black benas productivity. The bulk density expressed the increase of soil compaction caused by animal trampling, reaching values of 1.77 Mg m-3, measured immediately after animal trampling and, was more significant at superficial layers where the effects on macroporosity were greater. / A compactação dos solos está intimamente relacionada com o manejo da agricultura e da pecuária na propriedade rural. A adoção de práticas conservacionistas como o plantio direto e a integração pecuária e agricultura não tem refletido em segurança aos agricultores quanto à melhoria permanente de aspectos físicos, químicos e biológicos do solo. O desconhecimento de ideais condições de trafegabilidade e manejo dos solos, associado à umidade inadequada às práticas agrícolas, tem aumentado a compactação do solo, podendo comprometer a produtividade e o desenvolvimento de plantas exigindo a adoção de medidas extremas como a escarificação do solo para melhorar a condição presente. Foram realizados quatro experimentos a campo, onde os efeitos da compactação causada pelo tráfego de máquinas foram avaliados pelos atributos do solo e no crescimento e produtividade da cultura do feijão. Outro estudo, realizado a campo, em cinco propriedades típicas de produção leiteira do planalto riograndense, que adotavam como sistema de produção a integração lavoura e pecuária, com distintos manejos de forrageiras e tempo de permanência dos animais nas glebas, teve por objetivo estudar o impacto do pisoteio animal nos atributos físicos do solo como: densidade, porosidade e resistência do solo a penetração. No primeiro experimento foi cultivado feijão em Latossolo argiloso do Planalto Gaúcho e se estabeleceu comparação entre: a) compactação imediata aplicada por tráfego de máquina com 16,6 Mg, b) compactação residual de 6 anos de plantio direto, e c) escarificação. A compactação adicional afetou as relações massa-volume, a umidade e a resistência do solo à penetração, assim como, a produtividade e o crescimento do feijoeiro. Os outros experimentos foram desenvolvidos em Argissolo da Depressão Central do RS, com o objetivo de comparar estados de compactação imediata, compactação residual aplicada em ano anterior e residual de compactação de 12 anos de plantio direto com a escarificação nas propriedades físicas do solo, na umidade e no crescimento e produtividade do feijoeiro. A compactação imediata foi obtida pelo tráfego de máquina com 9 Mg sobre o solo na condição presente e sobre resíduo de compactação de tráfego de 10 Mg aplicada em ano anterior. No Latossolo a densidade restritiva a produtividade do feijão e do trigo foi de 1,4 a 1,5 Mg m-3. Para o Argissolo, a densidade do solo restritiva a produtividade do feijoeiro foi superior a 1,7 Mg m-3. Os estados de compactação com densidade do solo maior que 1,8 Mg m-3 e macroporosidade menor que 0,1 m3 m-3, reduziram a altura de planta, a área foliar e a produtividade do feijoeiro em torno de 50 %. Os efeitos negativos da compactação adicional mantiveram-se após doze meses e sucessão de três cultivos (soja, aveia e feijão), reduzindo a produtividade de feijão em 61,8 %. O valor da densidade crítica baseada no intervalo hídrico ótimo (IHO) foi de 1,75 Mg m-3. A escarificação não representou ganho em qualidade do solo para áreas com seis anos de plantio direto em Latossolo e doze anos de plantio direto em Argissolo que implicasse em aumento de produtividade. A densidade do solo expressou o aumento da compactação do solo provocada pelo pisoteio animal, atingindo o valor de 1,77 Mg m-3 medida imediatamente após o pisoteio animal e mostrando-se mais significativa nas camadas superficiais do solo e, nessas, os efeitos na macroporosidade foram mais evidentes.

Long-term use of management systems result in alteration in physical and chemical soil properties and its intensity is related to time, soil and climate conditions. Physical properties are more susceptible to changes by the tillage system, while chemical properties by the residue management and nutrient application, resulting in different responses of crops growth and yield. This study was performed in order to evaluate long-term effect of applying soil tillage systems (NT = no-till; CP = chisel plow + 1 secondary disking; CT = primary + 2 secondary disking; CTb = CT with crop residues burned; and CTr = CT with crop residues removed from the field) and nutrient sources (C = control, without nutrient application; MF = mineral fertilizers according official recommendation for each crop; PL = 5 Mg ha-1 of wet matter of poultry litter; CM = 60 m3 ha-1 of liquid cattle manure; and SM = 40 m3 ha-1 of liquid swine manure) on soil properties and crop production. Soil physical and hydraulic properties and aggregate stability were evaluated at the end of ninth year of the experiment and in five sampling times throughout the tenth year; soil mechanical properties related to soil strength and penetration resistance were determined for some treatments combinations in the tenth year; soil cover, temperature and moisture were determined throughout corn cycle in 2003/2004 crop season, when corn growth and yield were also measured. No-till showed greater bulk density and lower macroporosity and total porosity after tillage and seeding operations, but the differences reduced over time. All tillage systems showed higher compaction degree at depth around 15 cm. Greater mean diameter of air-dry aggregates were found in tillage treatments and layers with higher bulk density, showing close relation between these two parameters. Wet-aggregate stability, on the other hand, was affected by aggregate moisture previous to wet-sieving determination, and greater values were found in tillage treatments where residues were kept in the field. At superficial layer of no-till was observed higher soil strength, as determined by the precompression stress, and to penetration resistance in untrafficked interrow. In seeding row and recent trafficked interrow the differences in penetration resistance among tillage systems were smaller. Higher soil temperature and daily amplitude were found in tilled treatments, mainly at the beginning of corn cycle. After rainfall events, soil moisture reduced faster in chisel plow system, followed by conventional tillage. Higher moisture content and lower water tension was found in no-till system even in long period with hydric deficits, resulting in higher water storage and availability to crops. Higher water availability seems to be the main factor in determining higher crop growth and yield in no-till treatment. Nutrient sources treatments had small effect on physical soil properties, but high effect on chemical properties and crop growth and yield. Greater growth and yield were observed with poultry litter and swine manure application, because of residual and immediate effect of nutrient application through these materials. / A utilização continuada de diferentes sistemas de manejo determina alterações nas propriedades físicas e químicas do solo, cuja intensidade depende do tempo de uso e das condições edafoclimáticas. As propriedades físicas são mais afetadas pelos sistemas de preparo enquanto que as propriedades químicas pelo manejo dos resíduos das culturas e pela aplicação de nutrientes, resultando em respostas diferenciadas em termos de crescimento e produção das culturas. O efeito de sistemas de manejo sobre as propriedades do solo e produção de culturas foi estudado em um experimento conduzido desde 1994 na Estação Experimental da Epagri de Campos Novos, em um Nitossolo Vermelho. Os tratamentos de manejo do solo foram constituídos de uma combinação de cinco sistemas de preparo (PD = plantio direto; PE = preparo com escarificador + 1 gradagem; PC = lavração + 2 gradagens; PCq = PC com resíduos queimados e; PCr = PC com resíduos retirados) e cinco fontes de nutrientes (TT = testemunha, sem aplicação de nutrientes; AM = adubação mineral de acordo com a recomendação para cada cultura de verão; EA = 5 Mg ha-1 ano-1 de matéria úmida de cama de aviário; EB = 60 m3 ha-1 ano-1 de esterco líquido de bovinos e; ES = 40 m3 ha-1 ano-1 de esterco líquido de suínos). Foram avaliadas algumas propriedades físicas do solo associadas à forma da estrutura e a estabilidade de agregados após nove anos de condução do experimento e em cinco épocas durante o décimo ano; propriedades mecânicas e resistência à penetração foram determinadas em algumas combinações de tratamentos no décimo ano; temperatura e umidade do solo foram determinadas durante o ciclo da cultura do milho na safra 2003/2004, quando também foram avaliados o crescimento da parte aérea e sistema radicular do milho, bem como a produção de massa seca das culturas de cobertura de inverno e de grãos de milho. O PD apresentou maior densidade e menor macroporosidade e porosidade total logo após as operações de preparo e semeadura, mas estas diferenças reduziram com o passar do tempo. Todos os sistemas de preparo apresentaram maior estado de compactação na camada de 5 a 20 cm de profundidade após seis meses da última operação de preparo. Maior diâmetro médio de agregados secos ar foram observados nos tratamentos e profundidades com maior densidade do solo, indicando estreita associação entre estas duas variáveis. A estabilidade dos agregados, por sua vez, foi afetada por pequenas variações na umidade das amostras por ocasião da análise e maiores valores de estabilidade foram encontrados nos tratamentos de preparo com manutenção da palha na lavoura. Nas camadas superficiais do PD foi observada maior resistência mecânica à deformação, estimada pela tensão de pré-consolidação, e à penetração de raízes nas entrelinhas de semeadura sem tráfego recente. Na linha de semeadura e na entrelinha com tráfego recente as diferenças da resistência à penetração entre os sistemas de preparo foram menores. Maior temperatura do solo e maior amplitude diária foram observadas nos sistemas com maior revolvimento do solo, principalmente no início do ciclo da cultura do milho. Na camada superficial, após a ocorrência de chuvas, a umidade do solo reduziu mais rapidamente no PE, seguido do PC. No PD foi observado maior teor de umidade nesta camada mesmo em período prolongado de déficit hídrico, indicando ma ior armazenamento e disponibilidade de água para as plantas. Os tratamentos de aplicação de fontes de nutrientes tiveram pouco efeito sobre as propriedades físicas, hídricas e mecânicas do solo e sobre a temperatura e armazenamento de água, mas foram determinantes para o crescimento vegetativo e produção das culturas. Maiores crescimento e produção foram observados nos tratamentos com aplicação de cama de aviário e de esterco de suínos, resultado do efeito residual e imediato da aplicação destes materiais ao longo de nove anos. Entre os sistemas de preparo, a produção foi maior no PD, provavelmente em função do maior armazenamento e disponibilidade de água, já que a fertilidade do solo neste tratamento era inferior ao PE e PC ao final do nono ano.

Les maisons individuelles reposant sur une formation argileuse considérée à moyen risque vis-à-vis des phénomènes de réhydratation et dessiccation des sols argileux, ont été particulièrement touchées par les tassements différentiels provoqués par le phénomène depuis les sécheresses de 2003 et 2005 en Gironde (33). Une première partie de la thèse a été de mener une étude sur le comportement gonflant et rétractant de la formation argileuse de Brach d’âge Plio-quaternaire, responsable de centaines de sinistres sur habitations à l’échelle d’un quartier puis à celle de la parcelle, à l’aide des paramètres géotechniques et mécaniques. Elle a mis en évidence l’hétérogénéité des faciès argileux et l’influence des passées sableuses à l’échelle de la formation argileuse. L’autre intérêt de ce travail est la compréhension des mécanismes et des cinétiques d’hydratation et de dessiccation des sols argileux jusqu’à 3 m de profondeur, sur un cycle annuel. L’étude est basée sur une méthode associant les données géophysiques aux valeurs des paramètres géotechniques obtenus in situ et en laboratoire. Ce couplage repose sur une instrumentation géotechnique et géophysique continue sur un site expérimental de la commune de Pessac (Gironde). L’intérêt de cette instrumentation est d’établir des corrélations entre les sollicitations mécaniques enregistrées par le sol (déplacements verticaux) en fonction de l’évolution de la teneur en eau volumique des sols jusqu’à 3 m de profondeur, reliée aux variations de résistivités électriques. Les travaux présentent les premiers résultats comparés entre les données géotechniques et les données géophysiques issues d’un dispositif de tomographie de résistivité électrique installé à demeure, aboutissant à l’obtention de gammes de résistivité électriques variables corrélées aux faciès rencontrés et à la teneur en eau des sols. / Homes built on sensitive clayey soils, considered as medium risk, are showing cracks evidencing differential movements occurring in their foundations after drought periods of 2003 and 2005. To address this problem in a first part of the thesis, the swell-shrinkage behaviour has been investigated specifically to the Plio-quaternary clayey formation of Brach, both at the scale of a district and a small land. The results reveal the variability of the clay behaviour when sandy lenses occurred inside the formation. The present work aims to assess geotechnical and compressibility parameters to analyse the variability of the swelling-shrinkage parameters inside a same clayey formation. The aim of a second part of this study is to identify the seasonal soil moisture variations occurring between wet period and dry summer down to 3 meter depth, using a new method integrating geophysical and geotechnical data obtained in situ and in laboratory. This research is based on the setting of an experimental site on Pessac town (Gironde) in order to monitor clayey behavior, to establish correlations between geotechnical properties, water content variations and electrical resistivity on soils over time and every month. The purpose is to survey and evaluate kinetics of soil water content evolution, temperature and vertical displacements down to 3 m depth. This work presents the first results which compare geotechnical, volumetric and electrical resistivity data by combining the field and laboratory measurements.

Morphological and anatomical studies demonstrated the root formation characteristics of sweet potato. The presence and importance of preformed root primordia is recorded for the first time. On the vines root primordia are present in sets of four to ten adjacent to the leaf bases. These roots originate from the procambium on both sides of the leaf gap. Macroscopically the root tips of preformed root primordia protruding through the cortex and epidermis of the stems are prominent. The preformed root primordia produce adventitious roots, with pentarch, hexarch or septarch steles. Storage roots will under normal circumstances only originate from undamaged root primordia on the nodes of cuttings, or on nodes of newly formed vines, or from wound roots originating from the cut ends of the stem or leaf cuttings. Lateral roots originating from damaged root primordia, or directly from the adventitious roots, exhibit tetrarch steles and develop into fibrous roots without the potential to develop into storage roots. This understanding of the origin, anatomy and morphology of sweet potato roots should improve production practices, which will contribute to improved crop establishment and increased yield. Differences in the contribution of individual subterranean nodes to storage root yield were studied. On average cuttings with three subterranean nodes produced 3.7 storage roots, with 33.2% on subterranean node 1, 30.0% on node 2 and 36.8% on node3. However, in terms of fresh mass of the storage roots node 1 contributed 45.4%, node 2 contributed 27.1% and node 3 contributed 27.4%. The effect of temperature (20, 24, 28 and 32oC constant), orientation of cuttings (vertical vs. horizontal) and size of cuttings (1 or 3 nodes) on the development of adventitious roots was observed in plant growth chambers. Twenty-one days after planting, the longest total root length of 4m per plant was recorded from the 24oC growth chamber. The effect of soil moisture content on early root development was investigated by wetting and equilibrating sandy soil to 100, 80, 60 and 40% of field capacity. Although the 80% of field capacity treatment resulted in the best root development, differences among treatments were small, demonstrating the capacity of cuttings to successfully establish under a range of soil moisture contents. Changes in dry mass of storage roots, stems, and leaves of three sweet potato cultivars (Awasa-83, Bareda and Falaha) were studied at Awasa and Melkassa. At the final sampling the early maturing cultivar Falaha had diverted a higher proportion of the total dry mass into storage roots at Melkassa because of the early initiation and growth of storage roots. The late maturing cultivar Awasa-83 had a smaller proportion of the total dry mass diverted into the storage roots at both locations because of late root initiation and growth. The high yielding cultivars Bareda at Melkassa, and Awasa-83 at Awasa, had higher crop growth rates and higher net assimilation rates than the other cultivars. The effects of cultivar (Kudadie, Bareda and Awasa-83), planting position (horizontal and vertical), type of planting material (terminal cuttings with and without leaves) and cutting length (20, 25 and 30 cm) on the number and yield of storage roots were quantified in field trials at Awasa and Melkassa. Cultivar Kudadie produced the highest storage root yield at both locations. Horizontal planting of cuttings resulted in the highest total storage root yield at both locations. Cutting length did not affect storage root number and yield. The effect of population density (50,000, 55,555, 75,000, and 100,000 cuttings per hectare) on the performance of the three Ethiopian sweet potato cultivars was studied at Awasa. The highest planting density consistently produced the best root yield, indicating the potential to increase yields with plant populations much higher than normally used. Early maturing cultivar Falaha produced more small and medium storage roots per plant, while the intermediate cultivar Bareda produced more large storage roots. Copyright 2003, University of Pretoria. All rights reserved. The copyright in this work vests in the University of Pretoria. No part of this work may be reproduced or transmitted in any form or by any means, without the prior written permission of the University of Pretoria. Please cite as follows: Belehu, T 2003, Agronomical and physiological factors affecting growth, development and yield of sweet potato in Ethiopia, PhD thesis, University of Pretoria, Pretoria, viewed yymmdd < http://upetd.up.ac.za/thesis/available/etd-07262004-141704 / > / Thesis (PhD (Plant Production and Soil Science))--University of Pretoria, 2005. / Plant Production and Soil Science / unrestricted

Orientador: José Antonio Siqueira Dias / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T06:29:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Roque_Wellington_D.pdf: 36135434 bytes, checksum: 2e9ca0be59b1286da36d45ebc67dfd0d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A aplicação de sensores de umidade do solo vem aumentando devido à necessidade do uso eficiente da água para irrigação. Uma das técnicas amplamente utilizadas para o desenvolvimento desses sensores é a de dissipação de calor. Nesta técnica, um elemento aquecedor é usado para aplicar um pulso de calor no solo, gerando um aumento de temperatura, o qual é mensurado e relacionado com a umidade do solo. Porém, um dos principais problemas desse tipo de sensor é sua baixa sensibilidade. Buscando resolver esse problema, foi desenvolvido um sensor que utiliza um transistor bipolar como único elemento aquecedor e transdutor de temperatura. Uma energia aplicada causa aquecimento no transistor e consequentemente provoca uma variação na tensão da junção base-emissor. Com isso, realizamos um estudo, a fim de determinar qual o valor ideal de energia aplicada que proporcionaria a máxima sensibilidade na medida da variação da temperatura. Para isso foram utilizados para fabricação dos sensores 16 transistores com encapsulamento metálico (TO - 18). Os sensores foram inseridos em amostras de solo deformadas, que foram saturadas para realização da medida da umidade do solo, através do método gravimétrico. Foram realizados com cada sensor curvas de calibração relacionando a umidade do solo com a com o valor de ?T, para os diferentes valores de energias fornecidos no sensor. Após análise dos dados, foram escolhidos dois sensores que apresentaram maior variação entre suas curvas de calibração para serem inseridos em uma solução de Agar Agar e no Ar, realizando várias medidas nos sensores, sempre com os mesmos valores de energia, para verificar a repetibilidade dos mesmos. Os resultados mostraram que, em relação à energia aplicada no sensor, àquela que proporcionou uma maior sensibilidade em função da umidade do solo foi de 1:5J (25 V, 6,3 mA, 10 s). Foi constatado que a sensibilidade do sensor melhora com o aumento da potência, sendo que esta melhora é relativamente independente da energia fornecida. Em relação às medidas realizadas no Agar Agar, observamos uma melhora considerável do erro em função das medidas realizadas no solo, de 10% para o solo, para 4% no Agar Agar. Para as medidas realizadas no Ar, o valor do erro diminui para 1%. Para as medidas realizadas no solo, na solução de Agar Agar e no Ar, chegamos à conclusão que a diminuição do erro das medidas realizadas em cada um deles, ocorre devido à mudança do contato do sensor com o solo durante as medidas, visto que o solo, quando começa perder umidade ele altera o seu volume, levando a uma diminuição da superfície de contato do mesmo com o sensor. Esse erro pode ser também em função da variação da densidade do solo que ocorre durante a realização dos ensaios, causando uma diferença no valor das medidas, já citadas em outras literaturas. Observamos também que para a melhor utilização do sensor em diferentes faixas de umidade do solo, há a necessidade de alterar a energia aplicada, devido à sensibilidade de o sensor ser maior para umidades mais baixas (abaixo de 30%), necessitando de um acréscimo do valor da energia aplicada para se obter uma melhor sensibilidade para umidades altas (acima de 30%) / Abstract: The use of soil moisture sensors is increasing due to the need for efficient use of water for irrigation. One technique widely used for the development of these sensors is the heat dissipation. In this technique, a heater element is used for applying a pulse of heat into the soil, causing a rise in temperature, which is measured and related to the soil moisture. However, a major problem of this type of sensor is its low sensitivity. To solve this problem, we developed a sensor that uses a bipolar transistor as a single element heater and temperature transducer. Energy applied to the transistor causes its heating, which in turn causes a variation on the voltage of the base-emitter junction. So we conducted a study to determine the optimal value of energy applied to provide maximum sensitivity in the measurement of temperature variation. To do this, 16 metal case TO-18 package transistors were used in the fabrication of the sensors. The sensors were inserted in deformed soil samples, which were water-saturated to perform the measurement of soil moisture using the gravimetric method. With each sensor we obtained calibration curves relating the soil moisture to the value of temperature for the different values of energy supplied to the sensor. After analyzing the data, two sensors that showed greater temperature variation in their calibration curves were chosen to be inserted into a solution of Agar Agar and in the air, in order to perform multiple measurements with the sensors at the same energy values to check their repeatability. The results showed that the energy which provided a greater sensitivity as a function of soil moisture was 1,5 J (25 V, 6,3 mA 10 s). We have found that the sensor sensitivity improves with increasing dissipated power and this improvement is relatively independent of the energy supplied. Regarding the measurements performed in Agar Agar, we observed a significantly lower error compared to the measurements taken in the soil: from 10% for the soil measurements to 4% in the Agar Agar. For the measurements made in air, the error decreased to 1%. For the measurements made in soil, in solution of Agar Agar and in air, we concluded that the decrease of the measurements errors performed in each of them occurs due to a changing in the contact between the sensor and the media during the measurements, because the soil changes its volume when it begins to lose moisture, leading to a decreased surface contact with the sensor. This error can also be due to the variation of soil density that occurs during the tests. We also observed that for the best use of this sensor in different ranges of soil moisture there is a need to change the applied power due to the higher sensitivity of the sensor for moisture content below 30%, needing an increase in the amount of this power to obtain a better sensitivity to humidity above 30% / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica