Define-se infiltração da água no solo como a entrada da água através da superfície do solo. O processo de infiltração separa, assim, quanto da precipitação pluvial, por exemplo, flui sobre a superfície do solo e quanto flui abaixo da superfície do solo, esta última tanto vertical como horizontalmente. Diversos fatores interferem neste processo, podendo-se destacar aqueles relacionados ao tipo de solo e declividade do terreno e às características do solo e da cobertura vegetal, bem como aquelas relacionadas à precipitação. São conhecidas diversas equações de infiltração, propostas para expressar a lei da infiltração da água em solos, que é o gráfico da taxa de infiltração da água com o tempo. São equações desenvolvidas empiricamente ou a partir de considerações físicas e aplicam-se somente a solos homogêneos e que permanecem homogêneos durante o processo. Dados da literatura têm mostrado que para nossos solos o avanço da frente de molhamento no processo de infiltração vertical também é proporcional à raiz quadrada do tempo, como a solução da equação de Richards obtida por Philip para a infiltração horizontal, porém com uma velocidade maior. Dado este fato, levanta-se a hipótese de utilizar a equação proposta por Philip para a infiltração na direção horizontal também para a direção vertical, em colunas com amostra de solo indeformada e com amostra de solo homogeneamente remodelada. Este trabalho trata do processo da infiltração de água no solo, especificamente a vertical descendente. Pretendeu-se avaliar as equações clássicas da lei da infiltração em amostras homogêneas de três solos estruturalmente distintos com estrutura deformada e indeformada. O experimento foi conduzido em latoratório, em nove colunas com amostras de três solos com características distintas, sendo um Cambissolo Háplico, um Latossolo Vermelho Amarelo distrófico e um Nitossolo Vermelho eutroférrico. As curvas da taxa de infiltração foram determinadas em laboratório e o conteúdo de água foi determinado pela técnica da atenuação gama. A equação proposta por Kostiakov para a lei da infiltração ajustou-se muito bem (máximo R2 para todos os solos, com exceção da coluna indeformada do Nitossolo) por praticamente coincidir com a equação de ajuste estatistico dos dados. Já o mesmo não ocorreu com a equação proposta por Horton para a qual os coeficientes de determinação variaram de 0,528 a 0,898 (sem considerer a amostra do Nitossolo indeformada). Com relação ao modelo de Green & Ampt que, ao contrário das equações de Kostiakov e Horton que são modelos empíricos, pode-se dizer tratar-se de um modelo semi-analítico, os ajustes dos dados também não foram muito bons (R2 variando de 0,802 a 0,898, sem considerer a amostra do Nitossolo indeformada). O modelo quase todo analítico de Philip, baseado na solução da equação de Richards para a direção horizontal, ajustou-se muito bem aos dados desta pesquisa que foi desenvolvida para a direção vertical descendente, visto que o gráfico da posição de frente de molhamento em relação a fonte de água em função da raiz quadrada do tempo de infiltração resultou numa linha reta com alto coeficiente de determinação para todas as amostras (R2 maior que 0,99 para as deformadas e R2 maior que 0,95 para as deformadas). Todos os modelos apresentaram um ajuste ruim (R2 menor que 0,1) para a coluna indeformada do solo 3 (Nitossolo). Provavelmente devido à presença de bioporo no interior da coluna, com fluxo preferencial da água ou também ao processo de amostragem que é muito dificuldato devido a forte estruturação deste solo. / Soil water infiltration is defined as the entry of water through the soil surface. The infiltration process thus separates how much of the rainfall, for example, flows over the soil surface and how much it flows below the surface of the soil, the latter both vertically and horizontally. Several factors interfere in this process, being possible to highlight those related to the type of soil and slope of the terrain and to the characteristics of the soil and vegetation cover, as well as those related to precipitation. Several infiltration equations are known, proposed to express the law of water infiltration in soils, which is the graph of the infiltration rate of water as a function of time. They are equations developed empirically or from physical considerations and apply only to homogeneous soils that remain homogeneous during the process. Literature data have shown that for our soils the advance of the wetting front in the vertical infiltration process is also proportional to the square root of the time, as the solution of the Richards equation obtained by Philip for horizontal infiltration, but with a higher velocity. Given this fact, the hypothesis is proposed to use the equation proposed by Philip for the infiltration in the horizontal direction also for the vertical direction, in columns with undisturbed soil sample and with homogeneously remodeled soil sample. This work deals especifically with the process of vertical descending soil water infiltration. It was intended to evaluate the classical equations of the infiltration law in homogeneous samples of three structurally distinct soils with disturbed and undisturbed structure. The experiment was carried out in a laboratory, in nine columns with three soils distinct characteristics, being a Haplic Cambisol, a Dystrophic Yellow Red Latosol and an eutrophic Red Nitosol. The infiltration rate curves were determined in the laboratory and the water content was determined by the gamma ray attenuation technique. The equation proposed by Kostiakov for the infiltration law adjusted very well (maximum R2 for all soils, except for the undisturbed Nitosol column) since it practically coincide with the equation of statistical fit of the data. The same did not occur with the equation proposed by Horton for which the coefficients of determination ranged from 0,528 to 0.898 (not considering the undisturbed column of Nitosol. In relation to the Green & Ampt model, unlike the Kostiakov and Horton equations that are empirical models, it can be said that it is a semi-analytical model, the data adjustments were also not good changing from 0,802 to 0,848 also not considering the undisturbed Nitosol. Philip\'s almost all-analytical model, based on the solution of the Richards equation for the horizontal direction, fitted very well the data from this work that were conducted in the downward vertical direction, since the graph of the wet facing front position the water source as a function of the square root of the infiltration time resulted in a straight line with a high coefficient of determination for all samples (R2 greater than 0.99 for the deformed and R2 greater than 0.95 for the deformed ones). All models presented a poor fit (R2 less than 0.01) for the undisturbed soil 3 column (Nitosol). Probably due to the presence of biopore inside the column, with preferential flow of water or to the sampling process that is very difficult due to the strong structure of this soil.

Define-se infiltração da água no solo como a entrada da água através da superfície do solo. O processo de infiltração separa, assim, quanto da precipitação pluvial, por exemplo, flui sobre a superfície do solo e quanto flui abaixo da superfície do solo, esta última tanto vertical como horizontalmente. Diversos fatores interferem neste processo, podendo-se destacar aqueles relacionados ao tipo de solo e declividade do terreno e às características do solo e da cobertura vegetal, bem como aquelas relacionadas à precipitação. São conhecidas diversas equações de infiltração, propostas para expressar a lei da infiltração da água em solos, que é o gráfico da taxa de infiltração da água com o tempo. São equações desenvolvidas empiricamente ou a partir de considerações físicas e aplicam-se somente a solos homogêneos e que permanecem homogêneos durante o processo. Dados da literatura têm mostrado que para nossos solos o avanço da frente de molhamento no processo de infiltração vertical também é proporcional à raiz quadrada do tempo, como a solução da equação de Richards obtida por Philip para a infiltração horizontal, porém com uma velocidade maior. Dado este fato, levanta-se a hipótese de utilizar a equação proposta por Philip para a infiltração na direção horizontal também para a direção vertical, em colunas com amostra de solo indeformada e com amostra de solo homogeneamente remodelada. Este trabalho trata do processo da infiltração de água no solo, especificamente a vertical descendente. Pretendeu-se avaliar as equações clássicas da lei da infiltração em amostras homogêneas de três solos estruturalmente distintos com estrutura deformada e indeformada. O experimento foi conduzido em latoratório, em nove colunas com amostras de três solos com características distintas, sendo um Cambissolo Háplico, um Latossolo Vermelho Amarelo distrófico e um Nitossolo Vermelho eutroférrico. As curvas da taxa de infiltração foram determinadas em laboratório e o conteúdo de água foi determinado pela técnica da atenuação gama. A equação proposta por Kostiakov para a lei da infiltração ajustou-se muito bem (máximo R2 para todos os solos, com exceção da coluna indeformada do Nitossolo) por praticamente coincidir com a equação de ajuste estatistico dos dados. Já o mesmo não ocorreu com a equação proposta por Horton para a qual os coeficientes de determinação variaram de 0,528 a 0,898 (sem considerer a amostra do Nitossolo indeformada). Com relação ao modelo de Green & Ampt que, ao contrário das equações de Kostiakov e Horton que são modelos empíricos, pode-se dizer tratar-se de um modelo semi-analítico, os ajustes dos dados também não foram muito bons (R2 variando de 0,802 a 0,898, sem considerer a amostra do Nitossolo indeformada). O modelo quase todo analítico de Philip, baseado na solução da equação de Richards para a direção horizontal, ajustou-se muito bem aos dados desta pesquisa que foi desenvolvida para a direção vertical descendente, visto que o gráfico da posição de frente de molhamento em relação a fonte de água em função da raiz quadrada do tempo de infiltração resultou numa linha reta com alto coeficiente de determinação para todas as amostras (R2 maior que 0,99 para as deformadas e R2 maior que 0,95 para as deformadas). Todos os modelos apresentaram um ajuste ruim (R2 menor que 0,1) para a coluna indeformada do solo 3 (Nitossolo). Provavelmente devido à presença de bioporo no interior da coluna, com fluxo preferencial da água ou também ao processo de amostragem que é muito dificuldato devido a forte estruturação deste solo. / Soil water infiltration is defined as the entry of water through the soil surface. The infiltration process thus separates how much of the rainfall, for example, flows over the soil surface and how much it flows below the surface of the soil, the latter both vertically and horizontally. Several factors interfere in this process, being possible to highlight those related to the type of soil and slope of the terrain and to the characteristics of the soil and vegetation cover, as well as those related to precipitation. Several infiltration equations are known, proposed to express the law of water infiltration in soils, which is the graph of the infiltration rate of water as a function of time. They are equations developed empirically or from physical considerations and apply only to homogeneous soils that remain homogeneous during the process. Literature data have shown that for our soils the advance of the wetting front in the vertical infiltration process is also proportional to the square root of the time, as the solution of the Richards equation obtained by Philip for horizontal infiltration, but with a higher velocity. Given this fact, the hypothesis is proposed to use the equation proposed by Philip for the infiltration in the horizontal direction also for the vertical direction, in columns with undisturbed soil sample and with homogeneously remodeled soil sample. This work deals especifically with the process of vertical descending soil water infiltration. It was intended to evaluate the classical equations of the infiltration law in homogeneous samples of three structurally distinct soils with disturbed and undisturbed structure. The experiment was carried out in a laboratory, in nine columns with three soils distinct characteristics, being a Haplic Cambisol, a Dystrophic Yellow Red Latosol and an eutrophic Red Nitosol. The infiltration rate curves were determined in the laboratory and the water content was determined by the gamma ray attenuation technique. The equation proposed by Kostiakov for the infiltration law adjusted very well (maximum R2 for all soils, except for the undisturbed Nitosol column) since it practically coincide with the equation of statistical fit of the data. The same did not occur with the equation proposed by Horton for which the coefficients of determination ranged from 0,528 to 0.898 (not considering the undisturbed column of Nitosol. In relation to the Green & Ampt model, unlike the Kostiakov and Horton equations that are empirical models, it can be said that it is a semi-analytical model, the data adjustments were also not good changing from 0,802 to 0,848 also not considering the undisturbed Nitosol. Philip\'s almost all-analytical model, based on the solution of the Richards equation for the horizontal direction, fitted very well the data from this work that were conducted in the downward vertical direction, since the graph of the wet facing front position the water source as a function of the square root of the infiltration time resulted in a straight line with a high coefficient of determination for all samples (R2 greater than 0.99 for the deformed and R2 greater than 0.95 for the deformed ones). All models presented a poor fit (R2 less than 0.01) for the undisturbed soil 3 column (Nitosol). Probably due to the presence of biopore inside the column, with preferential flow of water or to the sampling process that is very difficult due to the strong structure of this soil.

This research develops a methodology for determining farm scale land managementunits (LMUs) using soil sampling data, high resolution digital multi-spectral imagery (DMSI) and a digital elevation model (DEM). The LMUs are zones within a paddock suitable for precision agriculture which are managed according to their productive capabilities. Soil sampling and analysis are crucial in depicting landscape characteristics, but costly. Data based on DMSI and DEM is available cheaply and at high resolution.The design and implementation of a two-stage methodology using a spatiallyweighted multivariate classification, for delineating LMUs is described. Utilising data on physical and chemical soil properties collected at 250 sampling locations within a 1780ha farm in Western Australia, the methodology initially classifies sampling points into LMUs based on a spatially weighted similarity matrix. The second stage delineates higher resolution LMU boundaries using DMSI and topographic variables derived from a DEM on a 10m grid across the study area. The method groups sample points and pixels with respect to their characteristics and their spatial relationships, thus forming contiguous, homogenous LMUs that can be adopted in precision agricultural applications. The methodology combines readily available and relatively cheap high resolution data sets with soil properties sampled at low resolution. This minimises cost while still forming LMUs at high resolution.The allocation of pixels to LMUs based on their DMSI and topographic variables has been verified. Yield differences between the LMUs have also been analysed. The results indicate the potential of the approach for precision agriculture and the importance of continued research in this area.

O conhecimento da variabilidade espacial dos atributos químicos do solo é fundamental quando se pensa em uma agricultura mais rentável e ambientalmente sustentável. A heterogeneidade do solo inicia com os processos pedogenéticos, que têm interação direta com os elementos climáticos e os fatores bióticos que vão se sucedendo ao longo do tempo. As amostragens de solo usuais contemplam a coleta de pequeno número de amostras, retiradas na profundidade de 0 - 0,20 m. Estas amostragens produzem resultados insuficientes para proporcionar a correção do solo conforme a variabilidade espacial de suas características. Este trabalho objetivou avaliar a variabilidade dos atributos químicos pH, soma de bases (SB), capacidade de troca catiônica (T) e saturação por bases (V%), em duas áreas, sob sistema de plantio convencional (SPC) e direto na palha (SPD), em bioma de cerrado, no município de Uberaba, MG. A área em plantio convencional é irrigada por pivô central, distando 500 m da área em SPD, cultivada em regime de sequeiro. Estabeleceu-se, para cada sistema, um grid de amostragem de 200 x 400 m, com 45 pontos georreferenciados, distantes 50 m entre si. Foram coletadas cinco subamostras em cada ponto, nas profundidades 0 - 0,5, 0,05 - 0,10, 0,10 - 0,15 e 0,15 - 0,20 m. As amostras foram analisadas para determinação dos valores de pH, SB, T e V%. Os dados foram submetidos à estatística descritiva, determinando-se média, mediana, moda, desvio padrão, coeficiente de variação, assimetria, curtose, valores mínimo e máximo e amplitude. A estatística clássica permite avaliar possíveis variações entre os atributos, sem, contudo, considerar a posição espacial dos pontos de amostragem. Com a utilização dos variogramas e da interpolação dos dados, por krigagem, é possível caracterizar a variabilidade espacial dos atributos de um solo e definir a amplitude do domínio de cada amostragem. Através do software GS+, foi avaliada a dependência espacial, por meio do ajuste de semivariogramas, predominando o modelo exponencial, seguido pelo esférico. Os resultados indicaram haver variabilidade espacial dos atributos avaliados, com teores variando entre as classes baixa a alta. Observou-se menor variação vertical dos atributos na área em SPC. Na área sob SPD, a camada de 0 - 0,10 m apresentou maiores teores de todos atributos. Com exceção da saturação por bases, na camada de 0,10 - 0,15 m, no SPD, todas as outras variáveis apresentaram dependência espacial, possibilitando, assim, a confecção dos mapas de krigagem. O alcance da dependência espacial variou entre 51 a 220 m, no SPC, e de 55 m a 155 m no SPD. A utilização das técnicas de geoestatística permitiu um melhor entendimento da dinâmica da variabilidade dos atributos do solo nos sistemas avaliados. / The understanding of the spatial variability of soil chemical attributes is crucial when thinking about a more profitable and environmentally sustainable agriculture. Soil heterogeneity begins with the pedogenetic processes, which have direct interaction with the climatic elements and the biotic factors happening over time. The usual soil sampling contemplates the collection of small number of samples, taken at depths of 0 to 0,20 m. These samplings produce insufficient results to provide soil correction, according to the spatial variability of its characteristics. This study aimed to evaluate the variability of the chemical attributes pH, cation exchange capacity (CEC), sum of bases (SB) and base saturation percentage (BS%), in two areas, under conventional and notillage planting systems, in Brazilian Cerrado biome, located in Uberaba, MG. The area in conventional tillage is irrigated by center pivot, 500 m away from the no-till area, cultivated under rainfed conditions. A sampling grid of 200 x 400 m was established for each system, with 45 georeferenced points, 50 m apart each other. Five subsamples were collected at each point, at depths 0 - 0,05, 0,05 - 0,10, 0,10 - 0,15 and 0,15 - 0,20 m. The samples were analyzed for pH, SB, CEC and BS% values. Data were submitted to descriptive statistics, determining mean, median, mode, standard deviation, coefficient of variation, asymmetry, kurtosis, minimum and maximum values and skewness. The classical statistics allowed to evaluate possible variations among the attributes, without, however, consider the spatial position of the sampling points. With the use of variograms and data interpolation, by kriging, it is possible to characterize the spatial variability of the soil attributes and define the domain amplitude of each sampling. By GS + software, the spatial dependence was evaluated by adjusting semivariograms, prevailing the exponential model, followed by spherical. Results indicated spatial variability of the evaluated attributes, with levels varying from low to high classes. In the no-till area lower vertical variation of the attributes was observed. Horizontal variability was significant, with spatial dependence occurring for all variables. In the no tillage area, layer 0 - 0,10 m presented higher levels of all attributes. Except for the attribute BS%, from layer 0,10 - 0,15 m in no-tillage system, all other variables showed spatial dependence, thus enabling the creation of kriging maps. The spatial dependence range varied from 51 m to 220 m in conventional system and from 55 m to 155 m in no tillage system. The use of geostatistical techniques allowed a better understanding of soil attributes variability dynamics in the studied systems. / Dissertação (Mestrado)

Submitted by Neusa Fagundes (neusa.fagundes@unioeste.br) on 2018-09-06T14:42:33Z No. of bitstreams: 2 Leticia_Canton2018.pdf: 4218996 bytes, checksum: c5b6517613a487f781ed3cb408edc6ff (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-06T14:42:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Leticia_Canton2018.pdf: 4218996 bytes, checksum: c5b6517613a487f781ed3cb408edc6ff (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Trading competition has demanded to the Brazilian agribusiness greater production at lower costs. Thus, the Precision Agriculture (AP) comes to light as an alternative, which can identify the spatial variability of physical and chemical soil properties, in order to better know the agricultural area and, consequently, raise crop yield standard. Regardless of the PA’s use, knowing the spatial variability of a variable in the agricultural area requires adequate sampling planning that allows collecting as few sample points as possible, avoiding too many costs and maintaining quality in sampling. Regardless of the PA’s management, it is required to know the spatial variability of a variable in an agricultural area and this also asks for an adequate sample planning that makes possible the collection of the least number of sampling points, in order to avoid too much cost and to keep quality in sampling. So, this trial aimed at reducing the number of sample points collected by calculating the effective sample size (ESS). The univariate and multivariate ESS value was estimated for georeferenced variables with normal probability distribution using two methodologies: Griffith and Vallejos and Osorio. This study was carried out with simulated data, varying the values of the nugget effect as well as the range attributed to the variables, and with physical-chemical attributes of a soil. Therefore, variables do not always have normal probability distribution, mainly due to the presence of discrepant points. Thus, the value of univariate effective sample size for stationary and isotropic stochastic processes was estimated, considering that the covariance structure had a t-Student probability distribution. According to the multivariate results from variables with normal probability distribution, there was a decrease in the number of sample points from 48% to 93%. In both univariate and multivariate cases, the estimated ESS was lower by the Griffith method, indicating that this suggestion can make feasible a larger decrease in sample size. Univariate results derived from attributes with Student’s t-distribution showed a decrease from 40% to 95% in the number of sample points. Such variation in the sample size is justified by the different values of the spatial dependence parameters presented by the variables. It was also recorded that the radius of spatial dependence was the parameter with the greatest influence on the estimated value of uni and multivariate ESS, and the higher its value, because the smaller the effective sample size, the larger is the decrease in the sample size. / A concorrência de mercado impõe ao agronegócio brasileiro que se produza mais a custos cada vez menores. Para tal, uma das alternativas é a utilização da Agricultura de Precisão (AP), que possibilita identificar a variabilidade espacial das propriedades físico-químicas do solo, de modo a conhecer melhor a área agrícola e, consequentemente, elevar o nível de produtividade das culturas. Independente do emprego da AP, é necessário conhecer a variabilidade espacial de uma variável na área agrícola e tal demanda exige planejamento amostral adequado que viabilize coletar o mínimo possível de pontos amostrais para evitar custos demasiados e manter a qualidade na amostragem. Um dos objetivos desse trabalho é reduzir o número de pontos amostrais coletados a partir do cálculo do tamanho amostral efetivo (ESS). Foi estimado o valor do ESS univariado e multivariado para variáveis georreferenciadas com distribuição normal de probabilidade utilizando-se duas metodologias: a de Griffith e a de Vallejos e Osorio. O estudo foi realizado com dados simulados, variando os valores do efeito pepita e alcance atribuídos às variáveis, e com atributos físico-químicos do solo. Nem sempre as variáveis têm distribuição normal de probabilidade, devido principalmente à presença de pontos discrepantes. Desta forma, estimou-se o valor do tamanho amostral efetivo univariado para processos estocásticos estacionários e isotrópicos, considerando-se que a estrutura de covariância apresentava distribuição de probabilidade t-Student. Diante dos resultados multivariados provenientes de variáveis com distribuição de probabilidade normal, constatou-se uma redução no número de pontos amostrais que variou entre 48% e 93%. Tanto no caso uni quanto multivariado, o valor estimado do ESS foi menor pelo método de Griffith, indicando que essa proposta viabiliza maior redução no tamanho amostral. Os resultados univariados derivados dos atributos com distribuição t-Student mostraram redução entre 40% e 95% no número de pontos amostrais. Tal variação na redução do tamanho amostral é justificada pelos diferentes valores dos parâmetros de dependência espacial apresentados pelas variáveis. Verificou-se ainda que o raio de dependência espacial foi o parâmetro que exerceu maior influência no valor estimado do ESS uni e multivariado, sendo que quanto maior seu valor, menor o tamanho amostral efetivo e, consequentemente, maior a redução no tamanho amostral.

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2017-08-03T18:16:36Z No. of bitstreams: 1 2017 - Jose Roberto Moreira Ribeiro Gon?alves.pdf: 2652122 bytes, checksum: a01db58ccd026d3e5dc25d586d1ee8ac (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-03T18:16:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017 - Jose Roberto Moreira Ribeiro Gon?alves.pdf: 2652122 bytes, checksum: a01db58ccd026d3e5dc25d586d1ee8ac (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Precision agriculture has been an alternative to reduce costs in agriculture and environmental gain, and can also facilitate the localized and rational application of inputs, with positive economic, environmental and social results. Soil sampling techniques studies from the use of new sensors available in the market becomes fundamental importance. The objective of this work was to compare fertilizer recommendation maps based on three different soil sampling methods to evaluate the economic and environmental component. The experiment was carried out in three distinct areas in the cities of Guarapuava and Cantagalo, both in the state of Paran?, under no-tillage system, with crops rotation of soy, oat, corn, wheat and barley. The used sampling methods were: by altitude management zones, sample meshes and electrical conductivity oriented sampling (CEa). The soil samples for the method of altitude management zones were performed after the zones definition. Mesh sampling was performed at the density of one sample per ha. The guided sampling was carried out after the definition of management zones by electrical conductivity of the soil, through the use of soil approach sensor. From the results of the laboratory analysis, recommendation maps were made for limestone, phosphorus, potassium and nitrogen application to allow comparison between methods, volumes, environmental factors and costs. With the accomplishment of this study it was possible to evaluate the spatial variability of the soil attributes, comparing the fertilizer volumes recommended, estimating the global economic cost of using the technology by sensor, as well as all the used inputs, equipment and implements. From the environmental point of view, it was possible to quantitatively and spatially evaluate the behavior of the applications of each fertilizer by sampling method. Taking the Meshes Samples method as reference, it was presented as a better alternative compared to the other methods, however, the use of soil sensors have been presented as viable technologies that need further improvement in order to provide productivity, costs reduction and consequent economic and environmental gain. / A agricultura de precis?o tem sido uma alternativa para redu??o de custos na agricultura e ganho ambiental, podendo ainda facilitar a aplica??o localizada e racional dos insumos, com resultados econ?micos, ambientais e sociais positivos. O estudo das t?cnicas amostrais de solo a partir do uso de novos sensores dispon?veis no mercado torna-se de fundamental import?ncia. Objetivou-se no presente trabalho, comparar mapas de recomenda??o de fertilizantes baseados em tr?s diferentes m?todos de amostragem do solo para avalia??o do componente econ?mico e ambiental. O experimento foi realizado em tr?s ?reas distintas nos munic?pios de Guarapuava e Cantagalo, ambos no estado do Paran?, sob sistema de plantio direto, com rota??o das culturas de soja, aveia, milho, trigo e cevada. Os m?todos amostrais utilizados foram: por zonas de manejo por altitude, malhas amostrais e amostragem orientada por condutividade el?trica (CEa). As amostras de solo para o m?todo zonas de manejo por altitude foram realizadas ap?s a defini??o das zonas. A amostragem em malha foi realizada na densidade de uma amostra por ha. A amostragem orientada foi realizada ap?s a defini??o das zonas de manejo por condutividade el?trica do solo, por meio do uso de sensor de aproxima??o do solo. A partir dos resultados das an?lises laboratoriais, foram confeccionados mapas de recomenda??o para aplica??o de Calc?rio, F?sforo, Pot?ssio e Nitrog?nio de forma a permitir a compara??o entre os m?todos, volumes, fatores ambientais e custos. Com a realiza??o deste estudo foi poss?vel avaliar a variabilidade espacial dos atributos do solo, comparando os volumes dos fertilizantes recomendados, estimar o custo econ?mico global da utiliza??o da tecnologia via sensor, bem como de todos os insumos, equipamentos e implementos utilizados. Sob o ponto de vista ambiental, foi poss?vel avaliar de maneira quantitativa e espacial o comportamento das aplica??es cada fertilizante por m?todo amostral. Tomando-se o m?todo de Malhas Amostrais como refer?ncia, o mesmo se apresentou como a alternativa mais vi?vel comparado com os demais m?todos, por?m, o uso dos sensores do solo tem se apresentado como tecnologias vi?veis que carecem de maior aperfei?oamento no sentido de propiciar produtividade, redu??o de custos e consequente ganho econ?mico e ambiental.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The georeferenced soil sampling using sampling grids is the main strategy of precision agriculture (PA) to recognize the spatial variability of soil attributes, allowing manage them in site-specific. In this context, the objective of the work was to evaluate the efficiency of using different sizes of sampling grids in the characterization of spatial variability of chemical attributes in Oxisols managed with PA in Southern Brazil. Therefore, the work consists of three studies. In studies one and two were used 60 areas (6,046.55 ha), located in 23 counties of North region of Rio Grande do Sul (RS). The areas were sampled using regular grids of 100 x 100 m (20 areas), 142 x 142 m (20 areas) and 173 x 173 m (20 areas), being that 10 areas of each grid were collected from 0.00-0.10 m and 10 areas from 0.00-0.15 m. The spatial variability of acidity attributes (pHwater and base saturation) and bases related (Ca and Mg) (study one) and the levels of P and K (study two) were analyzed by descriptive statistics and geostatistics. In study three, was used an area of 41.96 ha, located in Boa Vista das Missões - RS, where was made the collect of soil in seven sizes of sample grids, 50 x 50 m, 75 m x 75, 100 x 100 m, 125 m x 125, 150 x 150 m, 175 m and 200 x 175 x 200 m, at depth of 0.00-0.10 m. The levels of P and K were analyzed by descriptive statistics and geostatistics, and the similarity of thematic maps was compared by the coefficient of relative deviation (CRD) and by Pearson correlation matrix (p <0.05). The areas of Oxisols managed with PA in RS, show moderate acidity and high fertility, with the exception of subareas that presents limiting P levels. Independently of the depth sampled, the grid sample sizes used in RS state, in general, are not efficient in capturing the different scales of variability in soil chemical properties. According as increase the sample grid the thematic maps of P (CRD: 24.0 to 36.2%) and K (CRD: 11.7 to 19.4%) show more dissimilar to those obtained in smaller grid (50 x 50 m) considered as reference. Thus, the reduction of sampling grid sizes increases the accuracy of the information generated through thematic maps, allowing to do prescriptions of lime and fertilizers on site-specific with greater efficiency, and should be recommended in future sampling plans of soil adopted in PA areas in Southern Brazil. / A amostragem georreferenciada de solo utilizando malhas regulares é a principal estratégia da agricultura de precisão (AP) para reconhecer a variabilidade espacial dos atributos de solo, possibilitando manejá-los em sítio-específico. Nesse contexto, o objetivo do trabalho foi avaliar a eficiência do uso de diferentes dimensões de malhas amostrais na caracterização da variabilidade espacial de atributos químicos em Latossolos Vermelhos manejados com AP no Sul do Brasil. Para tanto, o trabalho constitui-se de três estudos. Nos estudos um e dois utilizaram-se 60 áreas (6.046,55 ha), localizadas em 23 municípios da região Norte do Rio Grande do Sul (RS). As áreas foram amostradas utilizando malhas regulares de 100 x 100 m (20 áreas); 142 x 142 m (20 áreas) e 173 x 173 m (20 áreas), sendo que 10 áreas de cada malha foram coletadas de 0,00-0,10 m e 10 áreas de 0,00-0,15 m. A variabilidade espacial dos atributos de acidez (pHágua e saturação por bases) e bases relacionadas (Ca e Mg) (estudo um) e dos teores de P e K (estudo dois) foram analisadas por meio da estatística descritiva e geoestatística. No estudo três, utilizou-se uma área de 41,96 ha, localizada em Boa Vista das Missões RS, onde foi realizada a coleta de solo em sete dimensões de malha amostral, 50 x 50 m, 75 x 75 m, 100 x 100 m, 125 x 125 m, 150 x 150 m, 175 x 175 m e 200 x 200 m, na profundidade de 0,00-0,10 m. Os teores de P e K foram analisados por meio da estatística descritiva e da geoestatística, e a similaridade dos mapas temáticos foi comparada pelo coeficiente de desvio relativo (CDR) e pela matriz de correlação de Pearson (p <0,05). As áreas de Latossolos Vermelhos manejadas com AP no estado do RS apresentam moderada acidez e alta fertilidade, com exceção de locais que apresentam teores limitantes de P. Independente da profundidade amostrada, as dimensões das malhas amostrais utilizadas no RS, em geral, não são eficientes em captar as diferentes escalas de variabilidade dos atributos químicos do solo. À medida que aumenta a malha amostral os mapas temáticos de P (CDR: 24,0 a 36,2%) e K (CDR: 11,7 a 19,4%) mostram-se mais dissimilares aos obtidos na menor malha (50 x 50 m) considerada como referência. Desta forma, a redução da dimensão da malha amostral aumenta a acurácia das informações geradas por meio de mapas temáticos, permitindo realizar prescrições de corretivos e fertilizantes em sítio-específico com maior eficiência, e devem ser preconizadas em futuros planos de amostragem de solo adotados nas áreas de AP no Sul do Brasil.

Made available in DSpace on 2017-07-21T14:19:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daurimar Mendes da Silva.pdf: 4676770 bytes, checksum: 205397680d88c57f767ce2df43f7b077 (MD5) Previous issue date: 2013-08-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the future it will be essential to robotics in the agricultural environment, with great opportunity at this time to development new work and research, with the generation of patents, transforming knowledge into commercial products. The current technological advances allow the use of extremely minor processing architectures in relation to personal computers, giving us the ability to build new agricultural equipment using sensors (GPS, ultrasound, multispectral visible, infrared, images); changing paradigms and promoting the work at smaller scales can reach the leaf level through intelligent autonomous robots acting in the desired place, at the appropriate time, and navigating the appropriate path. Thus, the present study aimed to develop an autonomous agricultural robot (Field Robot) called NAVIGO, whose function is to traverse farmland collecting soil samples. To that end, we developed a mobile platform with a robotic arm using embedded computing system based on the Android mobile phone (Smartphone) and IOIO for Android controller. The system as a whole is intended to navigation in the role of information gatherer (soil amples). Results showed stable performance of the prototype allowing its use as a handy tool in performing the sampling of soils for agricultural areas for small and medium businesses. / No futuro será indispensável a robótica no ambiente agrícola, sendo grande oportunidade neste momento o desenvolvimento de novos trabalhos e pesquisas, com a geração de patentes, transformando os conhecimentos em produtos comerciais. Os avanços tecnológicos atuais permitem utilizar arquiteturas de processamento extremamente menores em relação aos computadores pessoais, que nos dão condições de construir novos equipamentos agrícolas utilizando sensores (GPS, ultrassom, multiespectral visível, infrared, imagens); modificando paradigmas e promovendo o trabalho em escalas menores podendo chegar ao nível foliar, através de robôs inteligentes autônomos atuando no lugar desejado, no momento apropriado, e navegando no trajeto adequado. Desta forma, o presente trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de um robô agrícola autônomo (Field Robot), denominado NAVIGO, que tem por função percorrer talhões agricultáveis coletando amostras de solos. Para tanto, foi desenvolvido uma plataforma móvel com um braço robótico utilizando sistema computacional embarcado baseado no telefone móvel Android (Smartphone) e controlador IOIO para Android. O sistema como um todo tem por finalidade a navegação desempenhando a função de coletor de informações (amostras de solos). Os resultados obtidos demonstraram atuação estável do protótipo permitindo o seu uso como ferramenta útil na execução de coletas de amostras de solos para áreas agrícolas de pequeno e médio porte.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:40:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_Tese_Leandro_Rampim_p1.pdf: 10356000 bytes, checksum: de1466960bb8af924712f044ad548b7c (MD5) Previous issue date: 2014-01-20 / Fundação Araucária / There is a growing use of the division of soil sampling in grids to make the recommendation to lime and fertilizer into a system of precision agriculture in western Paraná, disregarding the presence of terraces, essential for soil conservation.Thus, this study, funded by the Araucaria Foundation under agreement with Unioeste (Project 217/2012), aimed: (i) evaluate the spatial variability on the terraces; (ii) define and evaluate the variability of chemical attributes in management units; (iii) evaluation of nutritional balance using the diagnosis and recommendation integrated system (DRIS) in units of management in soybean; (iv) determine DRIS norms and appropriate range for the wheat crop; (v) validate the recommendation for phosphorus and potassium fertilization, by modeling the recommendation of lime and fertilizer to the soybean crop (SIRSo) and Table of fertilizer recommendation for soybean grown in Oxisol system. The studies were conducted in areas of cultivation in Guaira/PR, with the the delimitation of areas with Garmin GPS 12, and subsequently georeferenced from two precise points collected GPSs GTR-GII - L1/L2 - Geo Tech in each area, which were corrected with information from Brazilian Institute of Geography and Statistics (IBGE). Was conducted the assessment of soil chemical properties, foliar concentrations of macro and micronutrients except boron, nutritional balance with DRIS, number of plants and productivity.The experiments were performed during the cultivation of soybean crops in 2010/11, 2011/12 and 2012/13 and in the cultivation of wheat in the 2011 season. At the end of the work has been concluded: (i) the sections of the terraces have variability of soil chemical properties, but without interfering in foliar nutrient concentrations and nutrient balance in soybean; (ii) the implementation of precision farming system in western Paraná should be performed with the division of areas in management units, paying attention to the slope, historic area, cropping system, good sense of agronomist and especially the terraces; (iii) in soybean culture can be used for grouping methodology foliar concentrations in soybean in precision agriculture system in conjunction with the assessment of nutritional balance through DRIS, allowing to identify nutritional problems; (iv) in wheat culture, DRIS norms obtained, allows to interpret the nutritional status with adequate range of nutrients in other properties in the region; (v) fertilizer applied in the area of suitable soil chemical attributes, with the Tables of recommendation of the Embrapa or by modeling SIRSo levels do not increase the productivity of soybean, it is possible to omit the phosphate and potassium fertilization, following guidelines of Embrapa / É crescente a utilização da divisão em malhas de amostragem de solo para realizar a recomendação de corretivos e fertilizantes em áreas com sistema de agricultura de precisão na Região Oeste do Paraná, desprezando a presença de terraços, fundamentais para a conservação de solo. Desta forma, o presente trabalho, financiado pela Fundação Araucária do convênio com a Unioeste (Projeto 217/2012), teve como objetivos (i) avaliar a variabilidade espacial nos terraços; (ii) definir e avaliar a variabilidade dos atributos químicos em unidades de manejo; (iii) avaliação do balanço nutricional utilizando o sistema integrado de diagnose e recomendação (DRIS) em unidades de manejo na cultura da soja; (iv) determinar normas DRIS e faixa adequada para a cultura de trigo; (v) validar a recomendação para adubação fosfatada e potássica, por modelagem no sistema de recomendação de corretivos e fertilizantes para a cultura da soja (SIRSo) e Tabela de recomendação de adubação, para a cultura da soja cultivada em Latossolo Vermelho Eutroférrico. Os trabalhos foram realizados em áreas de cultivo no município de Guaíra/PR, com a realização da delimitação das áreas com GPS Garmin 12, e posteriormente georreferenciadas a partir de dois pontos precisos coletados por GPSs GTR-GII L1/L2 Geo Tech em cada área, que foram corrigidos com informações do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Foi realizado a avaliação dos atributos químicos do solo (pH CaCl2, Al+3, H+Al, Ca+2, Mg+2, K+, P, S), teores foliares de macro e micronutrientes, exceto boro, balanço nutricional com o DRIS, número de plantas e produtividade. Os experimentos foram realizados durante o cultivo da soja nas safras 2010/11, 2011/12 e 2012/13 e no cultivo de trigo na safra 2011. Ao final do trabalho foi concluído: (i) as secções dos terraços apresentam variabilidade dos atributos químicos do solo, mas sem interferir nos teores foliares de nutrientes e no balanço nutricional na cultura da soja; (ii) a implantação de sistema de agricultura de precisão na região Oeste do Paraná deve ser realizado com a divisão das propriedade em unidades de manejo, atentando para o declive, histórico da área, sistema de cultivo, bom senso do engenheiro agrônomo e principalmente os terraços; (iii) na cultura da soja é possível utilizar metodologia de agrupamento de teores foliares na cultura da soja em sistema de agricultura de precisão em conjunto com a avaliação do balanço nutricional através do DRIS, permitindo identificar problemas nutricionais (confuso); (iv) na cultura do trigo, as normas DRIS obtidas, permitem interpretar o estado nutricional com faixa adequada dos nutrientes em outras propriedades da região; (v) a adubação aplicada em área com níveis adequados dos atributos químicos do solo, pelas Tabelas de recomendação da Embrapa ou pela modelagem SIRSo não incrementam a produtividade da cultura da soja, sendo possível omitir a adubação fosfatada e potássica, seguindo orientações da Embrapa

Maize is the dominant crop in northwestern Germany and is mostly cultivated on sandy soils. Additionally, due to intensive livestock husbandry and biogas production, large amounts of liquid manures are produced. The current farm practice leads to high N and P surpluses at field level accompanied by environmental pollution, like nitrate leaching, eutrophication of non-agricultural ecosystems, and N2O emissions. The accruing liquid manures are often used for maize fertilization. Thereby, slurries are mainly broadcast applied using trailing hose applicators followed by incorporation into the topsoil. In addition, a mineral N P starter fertilizer (MSF) is band-applied below the seed-corn at planting to overcome the limited nutrient availability during the early growth stages. Using a slurry injection technique below the maize row before planting might serve a substitute for MSF. Addition of a nitrification inhibitor (NI) into the slurry before injection seems to be an option to further decrease N losses. The objectives of this thesis were to compare the current and novel fertilizing strategies with a special focus on soil mineral nitrogen (SMN) dynamics and plant P, zinc (Zn) and manganese (Mn) status. For both issues the effect of adding a NI into the slurry was investigated. To characterize the SMN dynamics after slurry injection an appropriate soil sampling strategy had to be developed. Therefore, three consecutive field trials were conducted. The first testing of the new soil sampling approach was implemented in an existing experiment where the slurry was injected at a depth of 12 cm (upper rim) below the soil surface. The soil profile (75 cm wide) centered below the maize row was sampled using a grid-like approach to a depth of 90 cm. Around the injection zone, soil monoliths (SM) were sampled using a purpose-built soil shovel. Below the SMs and in the interrow space (15 and 30 cm distance to the row) a standardized auger procedure was used. The second experiment aimed to improve the sampling strategy with focus on sample homogenization quality and necessary sample sizes per pooled sample. In the third experiment this improved sampling strategy was validated. Results from the first testing of the sampling procedure showed that the strategy is suitable, although some problems occurred. Especially the high spread in values among the replications caused high coefficients of variation (CV; mostly 40 – 60%). The improvement trial revealed that for the SM, which contains the slurry band, an intensive homogenization is required. In addition, suitable sample sizes (twelve auger samples and six soil monolith samples per pooled sample) have to be collected to obtain reliable SMN values. Following this enhanced sampling strategy in the final validation trial, the spread in values was considerably reduced and resulted in CV values of mostly < 20%. The method can be adapted to other fertilizer placement strategies and further row crops. To compare both fertilizing strategies with respect to the spatial and temporal SMN dynamics as well as to the plant nutrient status two field trials were conducted using pig slurry on sandy soils in 2014 and 2015. Four treatments were tested: unfertilized control, broadcast application + MSF, injection, and injection + NI. Soil samples were taken using the new sampling strategy at several dates during the growing season. Plant samples were simultaneously collected to evaluate the plant P, Zn, and Mn status at different growth stages. In 2014, all fertilized N was displaced from the top soil layer of the broadcast treatment until the 6-leaf stage due to heavy rainfall, while N displacement was significantly smaller after slurry injection. The lateral movement of injected slurry N was negligible. In 2015, almost no displacement of fertilized N out of the top soil layer occurred independently of treatments, due to distinctly lower rainfall. The release of slurry N was delayed following broadcast application and large SMN concentrations were detected in the injection zones until the 10-leaf stage. The addition of a NI resulted in significantly increased NH4-N shares in the injection zone throughout the early growth stages (+ 46% in 2014 and + 12% in 2015 at 6-leaf stage). Thus, in 2014 SMN displacement was delayed, and in 2015 increased SMN concentrations were found around the slurry band, most probably due to lower N losses via denitrification. Furthermore, NI addition significantly increased the nutrient uptake by maize during early growth in both years. With P deficiency due to cold weather conditions in 2015, broadcast application showed higher P uptake until the 6-leaf stage (36 – 58%), while it was lower at the 8- (32%) and 10- (19%) leaf stages compared to slurry injection (+ NI). Zn availability was enhanced during early growth after slurry injection (+ NI) and Zn as well as Mn uptake were higher at harvest. Furthermore, dry matter yields were higher (2014) or equal (2015) compared to broadcast application. The P balances were decreased by 10 – 14 kg P ha-1, while Zn and Mn balances were excessive independent of treatments. The field trials showed that after slurry injection, especially when combined with a NI, the applied nitrogen is located in a soil zone with better spatial availability for plant roots compared to broadcast application. Furthermore, the MSF can be substituted without affecting early growth of maize. In conclusion, slurry injection leads to equal (or even higher) yields and enables farmers in northwestern Germany to reduce the P and N surpluses. This would support several goals concerning sustainable land use: Lower pollution of ground and surface waters, reduced emission of NH3, more efficient use of the limited rock P reserves, and less need of transporting organic manures out of regions with intensive animal husbandry and/or biogas production. However, slurry injection enhances the risk of N2O emissions, which contributes to climate change. Thus, for a final evaluation of the environmental impact a life cycle assessment would be worthwhile.