Fractals are a relatively recent development in mathematics that show promise as a foundation for models of complex systems like natural porous media. One important issue that has not been thoroughly explored is the affect of different algorithms commonly used to generate random fractal porous media on their properties and processes within them. The heterogeneous method can lead to large, uncontrolled variations in porosity. It is proposed that use of the homogeneous algorithm might lead to more reproducible applications. Computer codes that will make it easier for researchers to experiment with fractal models are provided. In Chapter 2, the application of percolation theory and fractal modeling to porous media are combined to investigate percolation in prefractal porous media. Percolation thresholds are estimated for the pore space of homogeneous random 2-dimensional prefractals as a function of the fractal scale invariance ratio b and iteration level i. Percolation in prefractals occurs through large pores connected by small pores. The thresholds increased beyond the 0.5927 porosity expected in Bernoulli (uncorrelated) networks. The thresholds increase with both b (a finite size effect) and i. The results allow the prediction of the onset of percolation in models of prefractal porous media. Only a limited range of parameters has been explored, but extrapolations allow the critical fractal dimension to be estimated for many b and i values. Extrapolation to infinite iterations suggests there may be a critical fractal dimension of the solid at which the pore space percolates. The extrapolated value is close to 1.89 -- the well-known fractal dimension of percolation clusters in 2-dimensional Bernoulli networks. The results of Chapters 1 and 2 are synthesized in an application to soil water retention in Chapter 3.

abstract: The importance of unsaturated soil behavior stems from the fact that a vast majority of infrastructures are founded on unsaturated soils. Research has recently been concentrated on unsaturated soil properties. In the evaluation of unsaturated soils, researchers agree that soil water retention characterized by the soil water characteristic curve (SWCC) is among the most important factors when assessing fluid flow, volume change and shear strength for these soils. The temperature influence on soil moisture flow is a major concern in the design of important engineering systems such as barriers in underground repositories for radioactive waste disposal, ground-source heat pump (GSHP) systems, evapotranspirative (ET) covers and pavement systems.. Accurate modeling of the temperature effect on the SWCC may lead to reduction in design costs, simpler constructability, and hence, more sustainable structures. . The study made use of two possible approaches to assess the temperature effect on the SWCC. In the first approach, soils were sorted from a large soil database into families of similar properties but located on sites with different MAAT. The SWCCs were plotted for each family of soils. Most families of soils showed a clear trend indicating the influence of temperature on the soil water retention curve at low degrees of saturation.. The second approach made use of statistical analysis. It was demonstrated that the suction increases as the MAAT decreases. The statistical analysis showed that even though the plasticity index proved to have the greatest influence on suction, the mean annual air temperature effect proved not to be negligible. In both approaches, a strong relationship between temperature, suction and soil properties was observed. Finally, a comparison of the model based on the mean annual air temperature environmental factor was compared to another model that makes use of the Thornthwaite Moisture Index (TMI) to estimate the environmental effects on the suction of unsaturated soils. Results showed that the MAAT can be a better indicator when compared to the TMI found but the results were inconclusive due to the lack of TMI data available. / Dissertation/Thesis / M.S. Civil Engineering 2011

As condições físicas do solo têm efeitos diretos e indiretos na produtividade e na qualidade ambiental. Solos bem agregados, com um manejo adequado, são capazes de manter um balanço de ar e água assim como promover a ciclagem de nutrientes e propiciar o desenvolvimento de raízes. O objetivo desse trabalho foi avaliar o uso do modelo de Dexter índice S, para o mapeamento da qualidade física do solo em uma escala de microbacia hidrográfica (MB) e avaliar o desempenho do modelo indireto de Arya e Paris e programa Qualisolo para a obtenção do índice S. O experimento foi dividido em três etapas: 1) Medida do índice S em uma base de dados de solos contendo 111 amostras e avaliação da sua dependência com a densidade do solo. Em todas as amostras obteve-se o índice S de duas formas: i) a partir da curva de retenção (CR) experimental (SCRexperimental) e ii) por meio da granulometria detalhada, usando o modelo de Arya e Paris com o programa Qualisolo (SCRqualisolo); 2) Estudo do índice S em uma escala de microbacia hidrográfica (MB), 15 parcelas na MB do Ribeirão Canchim, São Carlos, SP, compreendendo classes de solos e coberturas mais comumente encontradas nessa região. 3) Ampliação do estudo do índice S na microbacia, realizando medidas de granulometria, densidade (s), resistência à penetração (RP) e a obtenção do índice SCRqualisolo em mais trinta pontos da MB. Na comparação entre os métodos para o cálculo do índice S verificou-se que SCRexperimental apresentou uma maior variabilidade entre seus pontos, demonstrando ser mais sensível as variações de , textura ou estrutura. Apesar do modelo de Arya e Paris receber uma forte influência da textura do solo, sua determinação integrado ao programa Qualisolo, demonstrou ser uma opção rápida para obter a curva de retenção e o índice S. Com relação ao estudo do índice S na MB, as áreas de pastagem apresentaram os maiores valores de RP, s e relativa e os menores valores de índice S, sendo classificadas como solos de qualidade física pobre. Os valores de S apresentaram a mesma tendência dos parâmetros do solo que estão associados com a qualidade física, que são s e RP, porosidade, curva de retenção e a avaliação qualitativa e quantitativa das imagens de microtomografia que estão associadas com a macroporosidade. Apesar de ser possível uma classificação visual do solo em relação a sua qualidade física, o índice S é possibilita uma avaliação quantitativa e objetiva do estado de degradação física do solo, uma vez que possui uma boa correlação com os demais parâmetros que indicam a qualidade do solo, como observado / The soil physical conditions have direct and indirect effects on plant productivity and environmental quality. Well aggregated soils with appropriate management are able to maintain a good balance between air and water, promote nutrient cycling and good development of roots. The objective of this work was to evaluate the use of the S index of Dexter, for mapping the soil physical quality in a watershed and evaluate the performance of the indirect model of Arya and Paris and the Qualisolo software to estimate the S index. The study was divided into three parts: Measurement of the S index in a database containing 111 soils and the evaluation of their dependence with the soil bulk density (s). For all samples the S index was determined by: i) using the experimental soil water retention curve (SRCexperimental) and ii) using the Arya and Paris model and the Qualisolo software (SRCqualisolo) on measured particle size distribution data; 2) The study of the S index in 15 points of the Ribeirão Canchim watershed, São Carlos, SP, covering the most abundant soil classes and the most commonly used crops in this region; 3) Extension of the S index study to other 30 points where only the SCRqualisolo was determined from measured particle size distribution and compared with measured s and penetration resistance (PR). When comparing the two methods for determining S it was verified that SRCexperimental presented a greater variability among points, showing to be more sensitive to variations in s, texture and structure. Although the significant influence of soil texture on the Arya and Paris model,,the estimation of SCRqualisolo from particle size distribution is very simple and faster than SCRqualisolo and it is an interesting alternative. The areas under pasture presented the lowest S index and the highest s and were classified as low physical quality areas. The S values follow the same trends of the soil parameters associated with soil quality, which are s, PR, porosity, the soil water retention curves and the qualitative and quantitative parameters of the microtomographic images. The S index allows a quantitative and objective measure and expresses the state of physical degradation of soil, since it showed a good correlation with other parameters associated with soil physical quality

As condições físicas do solo têm efeitos diretos e indiretos na produtividade e na qualidade ambiental. Solos bem agregados, com um manejo adequado, são capazes de manter um balanço de ar e água assim como promover a ciclagem de nutrientes e propiciar o desenvolvimento de raízes. O objetivo desse trabalho foi avaliar o uso do modelo de Dexter índice S, para o mapeamento da qualidade física do solo em uma escala de microbacia hidrográfica (MB) e avaliar o desempenho do modelo indireto de Arya e Paris e programa Qualisolo para a obtenção do índice S. O experimento foi dividido em três etapas: 1) Medida do índice S em uma base de dados de solos contendo 111 amostras e avaliação da sua dependência com a densidade do solo. Em todas as amostras obteve-se o índice S de duas formas: i) a partir da curva de retenção (CR) experimental (SCRexperimental) e ii) por meio da granulometria detalhada, usando o modelo de Arya e Paris com o programa Qualisolo (SCRqualisolo); 2) Estudo do índice S em uma escala de microbacia hidrográfica (MB), 15 parcelas na MB do Ribeirão Canchim, São Carlos, SP, compreendendo classes de solos e coberturas mais comumente encontradas nessa região. 3) Ampliação do estudo do índice S na microbacia, realizando medidas de granulometria, densidade (s), resistência à penetração (RP) e a obtenção do índice SCRqualisolo em mais trinta pontos da MB. Na comparação entre os métodos para o cálculo do índice S verificou-se que SCRexperimental apresentou uma maior variabilidade entre seus pontos, demonstrando ser mais sensível as variações de , textura ou estrutura. Apesar do modelo de Arya e Paris receber uma forte influência da textura do solo, sua determinação integrado ao programa Qualisolo, demonstrou ser uma opção rápida para obter a curva de retenção e o índice S. Com relação ao estudo do índice S na MB, as áreas de pastagem apresentaram os maiores valores de RP, s e relativa e os menores valores de índice S, sendo classificadas como solos de qualidade física pobre. Os valores de S apresentaram a mesma tendência dos parâmetros do solo que estão associados com a qualidade física, que são s e RP, porosidade, curva de retenção e a avaliação qualitativa e quantitativa das imagens de microtomografia que estão associadas com a macroporosidade. Apesar de ser possível uma classificação visual do solo em relação a sua qualidade física, o índice S é possibilita uma avaliação quantitativa e objetiva do estado de degradação física do solo, uma vez que possui uma boa correlação com os demais parâmetros que indicam a qualidade do solo, como observado / The soil physical conditions have direct and indirect effects on plant productivity and environmental quality. Well aggregated soils with appropriate management are able to maintain a good balance between air and water, promote nutrient cycling and good development of roots. The objective of this work was to evaluate the use of the S index of Dexter, for mapping the soil physical quality in a watershed and evaluate the performance of the indirect model of Arya and Paris and the Qualisolo software to estimate the S index. The study was divided into three parts: Measurement of the S index in a database containing 111 soils and the evaluation of their dependence with the soil bulk density (s). For all samples the S index was determined by: i) using the experimental soil water retention curve (SRCexperimental) and ii) using the Arya and Paris model and the Qualisolo software (SRCqualisolo) on measured particle size distribution data; 2) The study of the S index in 15 points of the Ribeirão Canchim watershed, São Carlos, SP, covering the most abundant soil classes and the most commonly used crops in this region; 3) Extension of the S index study to other 30 points where only the SCRqualisolo was determined from measured particle size distribution and compared with measured s and penetration resistance (PR). When comparing the two methods for determining S it was verified that SRCexperimental presented a greater variability among points, showing to be more sensitive to variations in s, texture and structure. Although the significant influence of soil texture on the Arya and Paris model,,the estimation of SCRqualisolo from particle size distribution is very simple and faster than SCRqualisolo and it is an interesting alternative. The areas under pasture presented the lowest S index and the highest s and were classified as low physical quality areas. The S values follow the same trends of the soil parameters associated with soil quality, which are s, PR, porosity, the soil water retention curves and the qualitative and quantitative parameters of the microtomographic images. The S index allows a quantitative and objective measure and expresses the state of physical degradation of soil, since it showed a good correlation with other parameters associated with soil physical quality

>Magister Scientiae - MSc / Aquifer vulnerability assessment is increasingly becoming a very significant basis in order to fulfil the water demands in South Africa. Knowledge of soil hydraulic properties that consists of the soil water retention and hydraulic conductivity functions is a prerequisite for predicting solution transport in soils. The overall objective of the study is to develop a database of hydraulic properties for collected undisturbed samples and to test selected models by making use of this database. Studies of the vadose zone are generally restricted to the top 1.2 meters; therefore this study aims at essentially improving the lack of measurements and modelling in the vadose zone. There exist several methods to determine hydraulic properties of soil that make use of hydraulic conductivity (K) determination in the vadose zone. The most accurate estimates of hydraulic conductivity are possible through direct measurements or measurements of the water retention curve. For this study, the drilling and sampling of five boreholes (maximum depth 20 m) proceeded during March and April 2005 at two typical sites in the Western Cape, namely the Berg river site (Riebeek West) and Ithemba site (Cape Flats). In total, 76 undisturbed core samples were collected from which the detailed borehole log descriptions were made. The determination of the soil water retention curves of the collected samples was based on laboratory techniques using Eijkelkamp drying and suction equipment (sand box and clay box). When modelling groundwater vulnerability, it is essential to look at the soil water retention curves with increased importance, as they provide graphical and mathematical confirmation of porosity, preferential flows, volumetric water content and unsaturated hydraulic conductivity. Therefore, a numerical model called RETC was used to determine soil hydraulic properties. The RETC model uses equations of Van Genuchten (Van Genuchten, 1980) and Brooks-Corey (Brooks and Corey, 1966) to determine parameters for soil water retention and the methods of Mualem (1976) and Burdine (1953) to determine unsaturated hydraulic conductivity functions. Saturated hydraulic conductivity values were estimated by using RETC soil database based on textural descriptions of collected samples. Using the soil hydraulic estimates obtained from RETC, sensitivity analyses were run with a one dimensional transport model, Macro 5.0 for two sites at iThemba and in the Berg river.

A estrutura do solo está relacionada com o arranjo das partículas, agregados e poros que constituem este meio poroso. As influências estruturais do solo atuam em diversas escalas tanto macroscópicas como microscópicas. Mudanças estruturais em escala microscópica são importantes porque causam alterações no arranjo das partículas do solo e, conseqüentemente, mudanças na distribuição de poros. A qualidade das amostras de solo está diretamente relacionada a sua estrutura, a qual é extremamente importante devido à influência que exerce no desenvolvimento das raízes, fauna do solo, movimento e retenção de água e gases, etc. As alterações que ocorrem na estrutura do solo podem ser induzidas tanto por forças naturais quanto pela ação humana. Ciclos de umedecimento e secamento (U-S) causam grandes modificações na estrutura do solo, especialmente na distribuição do tamanho de poros, a qual reflete a distribuição espacial e temporal da umidade do solo. Conseqüentemente, estes processos podem afetar a retenção e o movimento de água e nutrientes no solo, tendo importantes conseqüências práticas em determinações de armazenamento e potencial mátrico da água no solo, amplamente usados em irrigação. O objetivo principal deste estudo foi aplicar as técnicas de tomografia computadorizada, atenuação de raios gama e análise micromorfológica como ferramentas na compreensão de como a estrutura do solo pode ser afetada por procedimentos de amostragem e ciclos de umedecimento e secamento. Foi feita uma análise crítica sobre o comportamento da estrutura do solo quando submetido a sucessivos ciclos de U-S e qual o impacto que possíveis alterações estruturais podem ocasionar na retenção de água pelo solo. Foram usadas amostras de três diferentes solos coletadas em anéis volumétricos. Cada amostra foi submetida à aplicação de três e nove ciclos de U-S. As amostras controle não foram submetidas a nenhum ciclo de U-S. O tomógrafo usado é de primeira geração equipado com uma fonte radioativa de 241Am e permitiu a obtenção de perfis de unidades tomográficas e imagens em 2-D das amostras de solo. O sistema de atenuação de raios gama é equipado com a mesma fonte radioativa do tomógrafo e possibilitou medidas de densidade e umidade do solo. A análise micromorfológica tornou possível quantificar a distribuição do formato, tamanho e arranjo dos poros dos solos. As análises realizadas através da técnica não invasiva de atenuação de raios gama permitiram determinar curvas de retenção usando um único umedecimento da amostra. Obteve-se também uma maior exatidão na definição do tempo de equilíbrio e redução do tempo requerido para obtenção da curva no intervalo de potencial mátrico de 0 a ?100 kPa. As análises usando-se a técnica de tomografia computadorizada tornaram possível mostrar o impacto de diferentes procedimentos de amostragem na estrutura do solo, alterações ocorridas nesta estrutura oriundas dos ciclos de U-S e investigar a qualidade de amostras de solo usadas em medidas de densidade. A partir da análise das imagens tomográficas ficou evidenciado que procedimentos de amostragem causam compactações próximo às bordas em amostras coletadas com anéis volumétricos e que quanto menor a dimensão do anel, maior é a deformação sofrida pela amostra. Com relação aos ciclos de U-S, a tomografia tornou possível acompanhar as modificações na estrutura com a evolução dos ciclos e permitiu identificar aumentos na porosidade do solo e desenvolvimento de grandes macroporos. A análise micromorfológica permitiu uma investigação da estrutura do solo em escala micrométrica. Através desta técnica foi possível a realização de um exame minucioso das modificações no arranjo, formato e distribuição dos poros das amostras de solos submetidas aos ciclos de U-S e procedimentos de amostragem. Os resultados mostraram que a estrutura do solo sofre mudanças importantes tanto no formato como na distribuição de tamanho dos poros, corroborando os resultados obtidos pela técnica tomográfica. Finalmente, foram realizadas ainda análises do impacto das mudanças na estrutura do solo na retenção de água. Os resultados permitiram mostrar que todos os solos apresentam variações na curva de retenção à medida que sofrem a aplicação de sucessivos ciclos de U-S. Esta informação é importante pelo fato de que os dados da curva são usados em simulações do transporte de água e produtos químicos ao longo do solo, em estimativas da quantidade de água a ser usada para irrigação e na predição de taxas de infiltração / Soil structure is related to the arrangement of soil particles, aggregates, and pores, which makes part of this porous media. The influence of structure on soil physical phenomena ranges from macro to microscope scale. Structure changes in microscope scale are important because affect the soil particle arrangement and, consequently, the pores distribution. Soil sample quality is directly related to soil structure, which is one of the most important properties that influences root development, water and gas movement and retention, soil fauna, etc. Natural forces and human action are the main factors that affect soil structure. Wetting and drying (W-D) cycles cause strong modifications on soil structure, especially in the pore size distribution, which reflects the temporal and spatial distribution of soil water and, consequently, these processes can affect soil water and nutrient retention and movement; having important practical consequences when calculating soil water storages and matric potentials, widely used in irrigation management. The main objective of this work was to use computed tomography (CT), gamma-ray attenuation, and micromorphologic analysis techniques as tools to investigate how soil structure can be affected by soil sampling procedures and wetting and drying cycles. A critical analysis about the behavior of soil structure when submitted to W-D cycles and the impact of possible structure changes on water retention was made. Core samples were collected from profiles of three soils with volumetric rings. Each soil sample was submitted to the application of three and nine W-D cycles. For the soil samples called control, none W-D cycle was applied. The CT scanner used is a first-generation system with a fixed source-detector arrangement and translation/rotational movements of the samples, equipped with a radioactive gamma-ray source of 241Am. The CT system permitted to obtain 2-D soil sample images and tomographic unit profiles. The gamma-ray attenuation system is equipped with the same radioactive source of the tomograph and it was used to evaluate soil density and water content. The pore size distribution, arrangement, and size of pores were analyzed through the micromorphologic analysis technique. By the analyses carried out through the non-invasive gamma-ray attenuation technique it was possible to evaluate soil water retention curves using a unique wetting cycle. The results allow to conclude that the nuclear method presents some advantages in relation to the traditional method (Richards method), like the higher accuracy in the determination of time of equilibrium, and reduction in the time required for the retention curve determination at the matric potential range of 0 to -100 kPa. The analyses using the CT technique allowed to confirm that soil compaction near the volumetric ring wall occur and that the effects of sampling procedures on soil structure need to be taken into account. It was showed that the size of the volumetric rings is very important and that small ones cause strong modifications on soil structure. Regarding the wetting and drying cycles, on the one hand, the technique allowed following the modifications on soil structure induced by these cycles, on the other, it makes possible to identify increases in soil porosity and development of some large macropores with the cycles. The micromorphologic analysis allowed an investigation of soil structure in a micrometric scale. This technique was particularly valuable because it was possible to analyze the changes in soil particle arrangement, shape, and pore distribution of samples submitted to W-D cycles and different sampling procedures. The results showed that soil structure is a dynamic property, suffering important changes on shape and pore size distributions, confirming the results obtained by the CT technique. Finally, analyses of soil structure changes during water retention curve determinations were made. By the results it was possible to conclude that the soil water retention curve is affected by sequences of W-D cycles. This sort of information is valuable because the water retention curve data are used in simulations of water and chemical products transport through the soil, and evaluations of soil water storages and matric potentials, widely used in irrigation management

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No. of bitstreams: 1 IsabelGCM_TESE.pdf: 2366363 bytes, checksum: 78086589e266cc1bc49e34cf3903a65c (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The increase in world population has led to increased demand for water and food, causing thereby greater pressure on agricultural land, and therefore its degradation and scarcity. The use of biochar in agriculture emerges as a sustainable technique, which contribution to the improvement of soil quality and crop productivity has already been highlighted in several studies. Therefore, two experiments were conducted in order to evaluate the influence of biochar application on soil chemical and physical properties and on the yield of two successive crops of cowpea. The trials were conducted in pots, in the period from March 2013 to March 2014, in a greenhouse at UFERSA, Mossoro, RN, Brazil. The experimental design was that of randomized blocks in a 4x5 factorial scheme, being tested four biochar doses (0, 3.5, 7 and 10.5 t ha-1) and five types of soil [Argisol (AS), Cambisol (CS), Oxisol (LS), Fluvic (NFS) and Quartzipsamment (NQS)] with five replications. Biochar was produced from wood resulting from the pruning of cashew trees. Variables analyzed were soil physical properties (water holding capacity and soil density), soil chemical properties [pH, soil organic matter (SOM), P, K, Na, Ca, Mg, exchangeable sodium percentage (ESP) and sum of bases (SB)], characteristics of initial growth of the seedlings (emergence percentage, seedling height and shoot dry mass per seedling) and yield components of cowpea (number of grains per pod (NGP), average length of pods (LP), hundred grain weight (HGW) and grain yield (GY)). Data were submitted to analysis of variance, besides analysis of regression or Tukey test, depending of the effects being considered. With few exceptions, the behavior of the variables was different according to the soil type. Addition of biochar provided a linear increase of 14% in the water holding capacity for the higher dose in relation to the control. Reduction in soil density was provided by biochar application only in the CS and LS. Biochar doses provided in the CS the largest linear increases in values of variables of initial growth of cowpea. Regardless of biochar dose, the NFS soil showed larger values of NGP, LP, HGW and GY of cowpea in both crops. Biochar doses provided linear increases in values of the components of yield of cowpea in both crops, with few negative effects in the second crop. Regardless of biochar dose, the largest values of P, Na, K, Ca, Mg e SB were obtained in the NFS; of pH and Na in the AS and of SOM in the CS, while NQS showed the lowest values of SOM, P, K, Na, and the largest values of ESP. Biochar doses of exerted a positive effect only on pH, SOM, P and ESP, mainly in the soils NFS and CS, however, generally, the doses did not presented consistent effects on chemical characteristics like K, Na, Ca and SB, in most soils. Negative effects of the increase in biochar dose were observed for SB, P, Na, Ca, pH, ESP, Na and K in the soils NFS, LS and CS / O aumento da população mundial tem levado ao incremento da demanda por água e alimentos, gerando, com isso, maior pressão sobre o solo e a água, e consequentemente sua degradação e escassez. O uso de carvão vegetal na agricultura surge como uma técnica sustentável, cuja contribuição para a melhoria da qualidade do solo e da produtividade das culturas tem sido apontada por diversos estudos. Portanto, foram desenvolvidos dois experimentos visando avaliar a influência da aplicação do carvão vegetal sobre características químicas e físicas do solo e sobre a produtividade de dois cultivos sucessivos de feijão-caupi. Os experimentos foram conduzidos em vasos, entre março de 2013 e março de 2014, em casa de vegetação da UFERSA, Mossoró-RN. O delineamento estatístico foi o de blocos ao acaso em esquema fatorial 4x5, tendo sido testadas quatro doses de carvão vegetal (0; 3,5; 7 e 10,5 t ha-1) em cinco tipos de solo [Argissolo (AS), Cambissolo (CS), Latossolo (LS), Neossolo Flúvico (NFS) e Neossolo Quartzarênico (NQS)], com 5 repetições. O carvão vegetal foi produzido a partir de resíduos da poda de cajueiros. As variáveis avaliadas foram características físicas do solo (capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), caractercaractercaracter caractercaracter ísticas quími ísticas quími ísticas quími ísticas quími ísticas químicas do solo [cas do solo [cas do solo [ cas do solo [ cas do solo [ cas do solo [pH, matéria orgânica ( matéria orgânica ( matéria orgânica (matéria orgânica ( matéria orgânica ( matéria orgânica ( matéria orgânica (matéria orgânica (MOS ), P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, percentual percentual percentual percentual percentual percentual de sódio trocável ( de sódio trocável (de sódio trocável ( de sódio trocável ( de sódio trocável ( de sódio trocável (de sódio trocável ( de sódio trocável ( de sódio trocável (PST ) e soma de bases ( ) e soma de bases () e soma de bases () e soma de bases ( ) e soma de bases ( ) e soma de bases () e soma de bases ( ) e soma de bases ( ) e soma de bases ( ) e soma de bases (SB )], características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de crescimentocrescimentocrescimentocrescimento crescimento crescimentocrescimento inicial inicial inicial das das das pl ânt ul as (as ( as (porcentagem de emergência de plântulas, altura das plântulas, massa seca da parte aérea) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão-caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, comprimento comprimento comprimento comprimento médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo) . Os dados foram submetidos à análise de variância e análise de regressão ou teste de Tukey, conforme os efeitos significativos encontrados. Com poucas exceções, o comportamento das variáveis em função da dose de carvão vegetal aplicada diferiu conforme o tipo de solo. A aplicação de carvão vegetal promoveu aumento linear de 14% na capacidade de retenção de água para a maior dose, em relação à dose zero, independentemente do tipo de solo. Além disso, promoveu redução na densidade do solo apenas no CS e LS. As doses de carvão vegetal promoveram no solo CS os maiores aumentos lineares nos valores das variáveis de crescimento inicial do feijão-caupi. As doses de carvão vegetal promoveram aumentos lineares nas variáveis de crescimento inicial na maioria dos solos. Independente da dose de carvão vegetal, o solo NFS apresentou os maiores valores de número de grãos por vagem (NGV), comprimento de vagens (CMV), massa de cem grãos (P100G) e produtividade (PROD) do feijão-caupi nos dois cultivos. As doses de carvão vegetal promoveram aumentos lineares nos valores dos componentes de produção do feijão-caupi na maioria dos solos nos dois cultivos, com poucos efeitos negativos no segundo cultivo. Independente da dose de carvão vegetal, os maiores valores de P, Na, K, Ca, Mg e SB foram obtidos no NFS; de pH e Na no AS e de MOS no CS. Enquanto que o NQS apresentou os menores teores de MOS, P, K, Na e os maiores de PST. As doses de carvão vegetal exerceram efeito positivo apenas sobre pH, MOS, P e PST, principalmente nos solos NFS e CS, entretanto, em geral, não apresentou efeitos visíveis sobre características químicas como K, Na, Ca e SB, na maioria dos solos. Efeitos negativos do aumento na dose de carvão vegetal foram observados para SB, P, Na, Ca, pH, PST, Na e K nos solos NFS, LS e CS / 2017-02-03

Esta tese foi desenvolvida para avaliar os impactos das mudanças climáticas ao longo deste século sobre as demandas futuras de água para irrigação da soja na região Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul sob uma abordagem estocástica e considerando diferentes projeções de modelos climáticos para o período de 2011-2100, comparando com o passado (1961-1990). As demandas de água para irrigação da soja (IWR) foram obtidas por simulação com o modelo SWAP. O aspecto estocástico desta avaliação foi conduzido pela incorporação da variabilidade espacial da condutividade hidráulica do solo (Ksat) e dos parâmetros da curva de retenção de água no solo (CR). Inicialmente, foi realizada uma análise estocástica destes atributos físico-hidráulicos na bacia do Arroio Donato (1,1 Km2), a qual serviu de área representativa dos solos e do uso do solo da região Noroeste. Foi empregada a técnica de simulação sequencial Gaussiana (SSG) para geração de 100 campos aleatórios de cada variável. Os resultados revelaram maiores incertezas para Ksat e o parâmetro α da CR e permitiu identificar que a grande heterogeneidade espacial e temporal das variáveis analisadas pode estar associada a fatores tais como clima, manejo e cobertura do solo, erros de amostragem, adensamento da malha amostral e também ao grau de compactação do solo. Em seguida foi feita uma investigação para detectar mudanças nos padrões de temperatura (T) e precipitação (P) na região Noroeste do RS (~65.000 Km2) pelo uso de diferentes modelos climáticos de circulação geral e regional (MCGs e MCRs, respectivamente). Sete distintas localizações na região foram consideradas, para as quais há dez diferentes projeções climáticas destes modelos. Adicionalmente, também foram investigadas a frequência e a intensidade de eventos de precipitação extrema utilizando-se de índices de eventos extremos. As projeções indicam um aumento na média anual de temperatura de quase 3ºC até o final do século, bem como um aumento na precipitação anual. Também foi realizada uma análise sazonal de T e P, a qual demonstrou que os maiores aumentos de temperatura são projetados para o inverno e início da primavera e, portanto, não coincidem com os meses de verão da principal cultura da região (soja). De posse das informações anteriores, o modelo SWAP foi utilizado para estimar as demandas de água para irrigação da soja (IWR), sem considerar perdas devido à eficiência de qualquer método de irrigação. Foram feitos também testes de hipóteses sobre as séries de IWR simuladas e os resultados suportam a premissa de que IWR a curto prazo (2025s) não será estatisticamente diferente do período base (1961-1990). Por outro lado, as IWR em 2055s e 2085s rejeitam esta hipótese. Por fim, avaliou-se a influência da distribuição espacial da condutividade hidráulica saturada (Ksat) e dos parâmetros do modelo da curva de retenção de água no solo (α, n e sat) sobre as demandas futuras de água para a irrigação da soja (IWR), segundo uma abordagem estocástica. Os valores simulados pelo método geoestatístico de simulação sequencial Gaussiana foram utilizados como dados de entrada no modelo SWAP. Como dados meteorológicos foram consideradas apenas as projeções do modelo climático regional ETA 20 e ETA 40 CTRL, bem como as projeções dadas pelo modelo climático global HADCM3 nas sete localizações na região. As estimativas obtidas pelo método estocástico foram então comparadas com as estimativas de IWR obtidas sem considerar a variabilidade espacial dos atributos físico-hidráulicos do solo. Os resultados indicaram grande variabilidade espacial dos valores de IWR. Além disso, observou-se que as menores incertezas de IWR foram obtidas a partir das projeções do modelo de melhor resolução espacial, o ETA 20, enquanto o modelo HADCM3 revelou as maiores diferenças entre os períodos futuros e o período atual (base). Os resultados também demonstraram que a maior incerteza é devido aos modelos climáticos, pois a abordagem estocástica praticamente não agregou incerteza aos valores de IWR simulados anteriormente. Por fim, as séries de IWR obtidas pela abordagem determinística e estocástica foram comparadas pelo teste de hipóteses de Kolmogorov-Smirnov, o qual comprovou que as séries só não diferem a curto prazo (2025s) e que, portanto, a variabilidade espacial do solo não pode ser negligenciada nas estimativas desta variável. / This Thesis has been developed to assess the impacts of climate change throughout this century on future water demands for soybean irrigation in the Northwest region of Rio Grande do Sul under a stochastic approach and considering different projections of climate models for the period 2011-2100, compared to the past (1961-1990). The water demands for irrigation (IWR) were obtained by simulation with the SWAP model. The stochastic aspect of this evaluation was conducted by incorporating the spatial variability of the saturated hydraulic conductivity (Ksat) and the parameters of the soil water retention curve (CR). Initially, a stochastic analysis of soil physical-hydraulic attributes (Ksat and CR parameters) in the Donato basin (1,1 Km2) was carried out. This basin served as a representative area of soils and land uses of the Northwest region. The Sequential Gaussian Simulation (SSG) technique was used to generate 100 random fields of each variable. The results revealed greater uncertainty for Ksat and for α parameter of the CR and identified that the large spatial and temporal heterogeneity of the variables may be associated with factors such as climate, management and land cover, sampling error, spatial density of the sampling grid and also the degree of soil compaction. After, an investigation was made to detect changes in temperature (T) and precipitation (P) patterns in the Northwest region of RS (~65.000 Km2) by using different global and regional circulation models (GCM and RCM, respectively). Seven distinct locations in the region were considered, for which there are ten different climate projections of these models. Additionally, it was also investigated the frequency and intensity of extreme rainfall events using extreme event indices. Projections indicate an increase in average annual temperature of almost 3 °C by the end of this century, as well as an increase in annual precipitation. It was also performed a seasonal analysis of T and P, which showed that the largest temperature increases are projected for the winter and early spring and, therefore, do not coincide with the summer months the main crop in the region (soy). Making use of the above information, the SWAP model was applied to estimate the water demand for soybean irrigation (IWR), excluding losses due to the efficiency of any method of irrigation. A hypothesis test for the simulated IWR series and the results supports the premise that in short-term IWR (2025s) is not statistically different from base period (1961-1990). On the other hand, IWR in 2055s and 2085s reject this hypothesis. Finally, the influence of the spatial distribution of the saturated hydraulic conductivity (Ksat) and the parameters of the soil water retention curve (α, sat and n) on IWR was evaluated, according to a stochastic approach. The simulated values form the geostatistical method of Sequential Gaussian Simulation (SGS) were used as input data in the SWAP model. Input data of meteorological information were provided by the projections of regional climate model ETA 20 and ETA 40 CTRL, as well as the projections given by global climate model HADCM3 for the seven locations in the region. Estimates obtained by the stochastic method were then compared with the IWR estimates obtained without considering the spatial variability of physical and hydraulic soil properties. The results indicated large spatial variability of IWR values. Furthermore, it was observed that the smallest uncertainties of IWR were obtained from the projections with better spatial resolution, the ETA 20 model, while the HADCM3 model revealed the highest differences between future periods and the current period (baseline). The results also showed that the greatest uncertainties are probably due to climate models, since the stochastic approach did not add uncertainties to the IWR values simulated previously. Finally, the series of IWR obtained by stochastic and deterministic approaches were compared by the hypothesis test of Kolmogorov-Smirnov, which proved that only the series in the short term (2025s) differ, and, therefore, the soil spatial variability may not be neglected when estimating this variable.

Esta tese foi desenvolvida para avaliar os impactos das mudanças climáticas ao longo deste século sobre as demandas futuras de água para irrigação da soja na região Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul sob uma abordagem estocástica e considerando diferentes projeções de modelos climáticos para o período de 2011-2100, comparando com o passado (1961-1990). As demandas de água para irrigação da soja (IWR) foram obtidas por simulação com o modelo SWAP. O aspecto estocástico desta avaliação foi conduzido pela incorporação da variabilidade espacial da condutividade hidráulica do solo (Ksat) e dos parâmetros da curva de retenção de água no solo (CR). Inicialmente, foi realizada uma análise estocástica destes atributos físico-hidráulicos na bacia do Arroio Donato (1,1 Km2), a qual serviu de área representativa dos solos e do uso do solo da região Noroeste. Foi empregada a técnica de simulação sequencial Gaussiana (SSG) para geração de 100 campos aleatórios de cada variável. Os resultados revelaram maiores incertezas para Ksat e o parâmetro α da CR e permitiu identificar que a grande heterogeneidade espacial e temporal das variáveis analisadas pode estar associada a fatores tais como clima, manejo e cobertura do solo, erros de amostragem, adensamento da malha amostral e também ao grau de compactação do solo. Em seguida foi feita uma investigação para detectar mudanças nos padrões de temperatura (T) e precipitação (P) na região Noroeste do RS (~65.000 Km2) pelo uso de diferentes modelos climáticos de circulação geral e regional (MCGs e MCRs, respectivamente). Sete distintas localizações na região foram consideradas, para as quais há dez diferentes projeções climáticas destes modelos. Adicionalmente, também foram investigadas a frequência e a intensidade de eventos de precipitação extrema utilizando-se de índices de eventos extremos. As projeções indicam um aumento na média anual de temperatura de quase 3ºC até o final do século, bem como um aumento na precipitação anual. Também foi realizada uma análise sazonal de T e P, a qual demonstrou que os maiores aumentos de temperatura são projetados para o inverno e início da primavera e, portanto, não coincidem com os meses de verão da principal cultura da região (soja). De posse das informações anteriores, o modelo SWAP foi utilizado para estimar as demandas de água para irrigação da soja (IWR), sem considerar perdas devido à eficiência de qualquer método de irrigação. Foram feitos também testes de hipóteses sobre as séries de IWR simuladas e os resultados suportam a premissa de que IWR a curto prazo (2025s) não será estatisticamente diferente do período base (1961-1990). Por outro lado, as IWR em 2055s e 2085s rejeitam esta hipótese. Por fim, avaliou-se a influência da distribuição espacial da condutividade hidráulica saturada (Ksat) e dos parâmetros do modelo da curva de retenção de água no solo (α, n e sat) sobre as demandas futuras de água para a irrigação da soja (IWR), segundo uma abordagem estocástica. Os valores simulados pelo método geoestatístico de simulação sequencial Gaussiana foram utilizados como dados de entrada no modelo SWAP. Como dados meteorológicos foram consideradas apenas as projeções do modelo climático regional ETA 20 e ETA 40 CTRL, bem como as projeções dadas pelo modelo climático global HADCM3 nas sete localizações na região. As estimativas obtidas pelo método estocástico foram então comparadas com as estimativas de IWR obtidas sem considerar a variabilidade espacial dos atributos físico-hidráulicos do solo. Os resultados indicaram grande variabilidade espacial dos valores de IWR. Além disso, observou-se que as menores incertezas de IWR foram obtidas a partir das projeções do modelo de melhor resolução espacial, o ETA 20, enquanto o modelo HADCM3 revelou as maiores diferenças entre os períodos futuros e o período atual (base). Os resultados também demonstraram que a maior incerteza é devido aos modelos climáticos, pois a abordagem estocástica praticamente não agregou incerteza aos valores de IWR simulados anteriormente. Por fim, as séries de IWR obtidas pela abordagem determinística e estocástica foram comparadas pelo teste de hipóteses de Kolmogorov-Smirnov, o qual comprovou que as séries só não diferem a curto prazo (2025s) e que, portanto, a variabilidade espacial do solo não pode ser negligenciada nas estimativas desta variável. / This Thesis has been developed to assess the impacts of climate change throughout this century on future water demands for soybean irrigation in the Northwest region of Rio Grande do Sul under a stochastic approach and considering different projections of climate models for the period 2011-2100, compared to the past (1961-1990). The water demands for irrigation (IWR) were obtained by simulation with the SWAP model. The stochastic aspect of this evaluation was conducted by incorporating the spatial variability of the saturated hydraulic conductivity (Ksat) and the parameters of the soil water retention curve (CR). Initially, a stochastic analysis of soil physical-hydraulic attributes (Ksat and CR parameters) in the Donato basin (1,1 Km2) was carried out. This basin served as a representative area of soils and land uses of the Northwest region. The Sequential Gaussian Simulation (SSG) technique was used to generate 100 random fields of each variable. The results revealed greater uncertainty for Ksat and for α parameter of the CR and identified that the large spatial and temporal heterogeneity of the variables may be associated with factors such as climate, management and land cover, sampling error, spatial density of the sampling grid and also the degree of soil compaction. After, an investigation was made to detect changes in temperature (T) and precipitation (P) patterns in the Northwest region of RS (~65.000 Km2) by using different global and regional circulation models (GCM and RCM, respectively). Seven distinct locations in the region were considered, for which there are ten different climate projections of these models. Additionally, it was also investigated the frequency and intensity of extreme rainfall events using extreme event indices. Projections indicate an increase in average annual temperature of almost 3 °C by the end of this century, as well as an increase in annual precipitation. It was also performed a seasonal analysis of T and P, which showed that the largest temperature increases are projected for the winter and early spring and, therefore, do not coincide with the summer months the main crop in the region (soy). Making use of the above information, the SWAP model was applied to estimate the water demand for soybean irrigation (IWR), excluding losses due to the efficiency of any method of irrigation. A hypothesis test for the simulated IWR series and the results supports the premise that in short-term IWR (2025s) is not statistically different from base period (1961-1990). On the other hand, IWR in 2055s and 2085s reject this hypothesis. Finally, the influence of the spatial distribution of the saturated hydraulic conductivity (Ksat) and the parameters of the soil water retention curve (α, sat and n) on IWR was evaluated, according to a stochastic approach. The simulated values form the geostatistical method of Sequential Gaussian Simulation (SGS) were used as input data in the SWAP model. Input data of meteorological information were provided by the projections of regional climate model ETA 20 and ETA 40 CTRL, as well as the projections given by global climate model HADCM3 for the seven locations in the region. Estimates obtained by the stochastic method were then compared with the IWR estimates obtained without considering the spatial variability of physical and hydraulic soil properties. The results indicated large spatial variability of IWR values. Furthermore, it was observed that the smallest uncertainties of IWR were obtained from the projections with better spatial resolution, the ETA 20 model, while the HADCM3 model revealed the highest differences between future periods and the current period (baseline). The results also showed that the greatest uncertainties are probably due to climate models, since the stochastic approach did not add uncertainties to the IWR values simulated previously. Finally, the series of IWR obtained by stochastic and deterministic approaches were compared by the hypothesis test of Kolmogorov-Smirnov, which proved that only the series in the short term (2025s) differ, and, therefore, the soil spatial variability may not be neglected when estimating this variable.

A estrutura do solo está relacionada com o arranjo das partículas, agregados e poros que constituem este meio poroso. As influências estruturais do solo atuam em diversas escalas tanto macroscópicas como microscópicas. Mudanças estruturais em escala microscópica são importantes porque causam alterações no arranjo das partículas do solo e, conseqüentemente, mudanças na distribuição de poros. A qualidade das amostras de solo está diretamente relacionada a sua estrutura, a qual é extremamente importante devido à influência que exerce no desenvolvimento das raízes, fauna do solo, movimento e retenção de água e gases, etc. As alterações que ocorrem na estrutura do solo podem ser induzidas tanto por forças naturais quanto pela ação humana. Ciclos de umedecimento e secamento (U-S) causam grandes modificações na estrutura do solo, especialmente na distribuição do tamanho de poros, a qual reflete a distribuição espacial e temporal da umidade do solo. Conseqüentemente, estes processos podem afetar a retenção e o movimento de água e nutrientes no solo, tendo importantes conseqüências práticas em determinações de armazenamento e potencial mátrico da água no solo, amplamente usados em irrigação. O objetivo principal deste estudo foi aplicar as técnicas de tomografia computadorizada, atenuação de raios gama e análise micromorfológica como ferramentas na compreensão de como a estrutura do solo pode ser afetada por procedimentos de amostragem e ciclos de umedecimento e secamento. Foi feita uma análise crítica sobre o comportamento da estrutura do solo quando submetido a sucessivos ciclos de U-S e qual o impacto que possíveis alterações estruturais podem ocasionar na retenção de água pelo solo. Foram usadas amostras de três diferentes solos coletadas em anéis volumétricos. Cada amostra foi submetida à aplicação de três e nove ciclos de U-S. As amostras controle não foram submetidas a nenhum ciclo de U-S. O tomógrafo usado é de primeira geração equipado com uma fonte radioativa de 241Am e permitiu a obtenção de perfis de unidades tomográficas e imagens em 2-D das amostras de solo. O sistema de atenuação de raios gama é equipado com a mesma fonte radioativa do tomógrafo e possibilitou medidas de densidade e umidade do solo. A análise micromorfológica tornou possível quantificar a distribuição do formato, tamanho e arranjo dos poros dos solos. As análises realizadas através da técnica não invasiva de atenuação de raios gama permitiram determinar curvas de retenção usando um único umedecimento da amostra. Obteve-se também uma maior exatidão na definição do tempo de equilíbrio e redução do tempo requerido para obtenção da curva no intervalo de potencial mátrico de 0 a ?100 kPa. As análises usando-se a técnica de tomografia computadorizada tornaram possível mostrar o impacto de diferentes procedimentos de amostragem na estrutura do solo, alterações ocorridas nesta estrutura oriundas dos ciclos de U-S e investigar a qualidade de amostras de solo usadas em medidas de densidade. A partir da análise das imagens tomográficas ficou evidenciado que procedimentos de amostragem causam compactações próximo às bordas em amostras coletadas com anéis volumétricos e que quanto menor a dimensão do anel, maior é a deformação sofrida pela amostra. Com relação aos ciclos de U-S, a tomografia tornou possível acompanhar as modificações na estrutura com a evolução dos ciclos e permitiu identificar aumentos na porosidade do solo e desenvolvimento de grandes macroporos. A análise micromorfológica permitiu uma investigação da estrutura do solo em escala micrométrica. Através desta técnica foi possível a realização de um exame minucioso das modificações no arranjo, formato e distribuição dos poros das amostras de solos submetidas aos ciclos de U-S e procedimentos de amostragem. Os resultados mostraram que a estrutura do solo sofre mudanças importantes tanto no formato como na distribuição de tamanho dos poros, corroborando os resultados obtidos pela técnica tomográfica. Finalmente, foram realizadas ainda análises do impacto das mudanças na estrutura do solo na retenção de água. Os resultados permitiram mostrar que todos os solos apresentam variações na curva de retenção à medida que sofrem a aplicação de sucessivos ciclos de U-S. Esta informação é importante pelo fato de que os dados da curva são usados em simulações do transporte de água e produtos químicos ao longo do solo, em estimativas da quantidade de água a ser usada para irrigação e na predição de taxas de infiltração / Soil structure is related to the arrangement of soil particles, aggregates, and pores, which makes part of this porous media. The influence of structure on soil physical phenomena ranges from macro to microscope scale. Structure changes in microscope scale are important because affect the soil particle arrangement and, consequently, the pores distribution. Soil sample quality is directly related to soil structure, which is one of the most important properties that influences root development, water and gas movement and retention, soil fauna, etc. Natural forces and human action are the main factors that affect soil structure. Wetting and drying (W-D) cycles cause strong modifications on soil structure, especially in the pore size distribution, which reflects the temporal and spatial distribution of soil water and, consequently, these processes can affect soil water and nutrient retention and movement; having important practical consequences when calculating soil water storages and matric potentials, widely used in irrigation management. The main objective of this work was to use computed tomography (CT), gamma-ray attenuation, and micromorphologic analysis techniques as tools to investigate how soil structure can be affected by soil sampling procedures and wetting and drying cycles. A critical analysis about the behavior of soil structure when submitted to W-D cycles and the impact of possible structure changes on water retention was made. Core samples were collected from profiles of three soils with volumetric rings. Each soil sample was submitted to the application of three and nine W-D cycles. For the soil samples called control, none W-D cycle was applied. The CT scanner used is a first-generation system with a fixed source-detector arrangement and translation/rotational movements of the samples, equipped with a radioactive gamma-ray source of 241Am. The CT system permitted to obtain 2-D soil sample images and tomographic unit profiles. The gamma-ray attenuation system is equipped with the same radioactive source of the tomograph and it was used to evaluate soil density and water content. The pore size distribution, arrangement, and size of pores were analyzed through the micromorphologic analysis technique. By the analyses carried out through the non-invasive gamma-ray attenuation technique it was possible to evaluate soil water retention curves using a unique wetting cycle. The results allow to conclude that the nuclear method presents some advantages in relation to the traditional method (Richards method), like the higher accuracy in the determination of time of equilibrium, and reduction in the time required for the retention curve determination at the matric potential range of 0 to -100 kPa. The analyses using the CT technique allowed to confirm that soil compaction near the volumetric ring wall occur and that the effects of sampling procedures on soil structure need to be taken into account. It was showed that the size of the volumetric rings is very important and that small ones cause strong modifications on soil structure. Regarding the wetting and drying cycles, on the one hand, the technique allowed following the modifications on soil structure induced by these cycles, on the other, it makes possible to identify increases in soil porosity and development of some large macropores with the cycles. The micromorphologic analysis allowed an investigation of soil structure in a micrometric scale. This technique was particularly valuable because it was possible to analyze the changes in soil particle arrangement, shape, and pore distribution of samples submitted to W-D cycles and different sampling procedures. The results showed that soil structure is a dynamic property, suffering important changes on shape and pore size distributions, confirming the results obtained by the CT technique. Finally, analyses of soil structure changes during water retention curve determinations were made. By the results it was possible to conclude that the soil water retention curve is affected by sequences of W-D cycles. This sort of information is valuable because the water retention curve data are used in simulations of water and chemical products transport through the soil, and evaluations of soil water storages and matric potentials, widely used in irrigation management