Soil compaction under traffic of animals has become an increasingly significant problem in soils used for crop-livestock integration. The objective of this study was to determine the effect of integration crop-livestock and different soil management systems on their attributes water and mechanical and relate them to the development and productivity of soybean. The specific objectives were: to investigate the effect of the absence of animal trampling on the water and mechanical attributes of soil and growth of soybean; to evaluate susceptibility to soil compaction by the parameters of the compressibility of the soil; determine the relationship of permeability to air with the tension of the water and soil pore space; evaluate the relationship between plant growth and water content; evaluate the residual effect of chiseling. The experiment was installed in 2007, in a commercial agricultural area in the municipality of Ibirubá (RS). The soil of the place is classified as Oxisol. Bulk density (Ds), macroporosity (Ma), microporosity (Mi) total porosity (Pt) resistance to penetration (RP) and soil moisture (θ), emergence and plant height, root growth and yield of soybean were evaluated. The experimental design was randomized blocks with three replications. The treatments were: tillage without grazing (SDS / P), tillage with grazing (SDC / P) and chiseling (Esc). The Ds, Mi, Ma, En, CRA and Ka were determined in soil samples collected with the structure preserved in layers: 0-0,07; 0,07- 0,15 e 0,20-0,30 m in three periods: before grazing (August 2007), post-grazing (December 2007) and post-grazing (October 2008). The soil compression curve in balanced sample was determined in tension of 0.03 MPa in the first two layers above. The results indicated that the chiseling sporadic in soils under crop-livestock integration without tillage provides soil hydro-physical conditions less favorable for the development of plants. The preparation with chisel negatively affected grain yield of soybean. The soil whit chiseling had its proprieties changed by the treading of animals, reducing the residual effect of it. The absence of animals did not promote significant changes in Ds, Mi, Ma and Pt managed under the soil tillage. The chiseling decreased soil moisture compared to other treatments. The PR showed a direct relationship with soil moisture, for below 20% obtained values above 2 MPa for RP were. In SD/CP, the root system showed deviation of growth in depth, especially in the 0-0,07 m layer. The deviation unobserved in SD/SP and Esc. The same behavior was not observed in SD/SP and Esc. in years with water deficit. The plant height in SD/SP was higher than in other treatments and the lowest grain yield was obtained in Esc. Highest Ka was observed in lower potential matric and the surface layer of soil, where there is greater presence of macroporosity, with reduction in depth. A direct relationship between the soil Ka and εa was observed. The pressure applied by the traffic of animals increased the values of σp in the surface layer. With chiseling of the soil, the surface layer had less ability to support loads and greater susceptibility to compaction. / A compactação do solo sob tráfego de animais vem se tornando um problema crescente em solos utilizados sob integração lavoura-pecuária. O objetivo deste estudo foi de determinar o efeito da integração lavoura-pecuária e diferentes manejos de manejo do solo nos seus atributos hídricos e mecânicos e relacioná-los com o desenvolvimento e a produtividade da soja. Os objetivos específicos foram: verificar o efeito da ausência do pisoteio animal sobre os atributos hídricos e mecânicos do solo e crescimento da soja; avaliar a suscetibilidade do solo à compactação, através dos parâmetros de compressibilidade do solo; verificar a relação da permeabilidade ao ar com a tensão da água e o espaço poroso do solo; avaliar a relação entre o crescimento das plantas e conteúdo de água; avaliar o efeito residual da escarificação. O experimento foi instalado no ano de 2007, numa área agrícola comercial, no município de Ibirubá (RS). O solo do local é classificado como Latossolo Vermelho distrófico. Avaliaram-se a densidade (Ds), macroporosidade (Ma), microporosidade (Mi) e porosidade total (Pt) a resistência do solo à penetração (RP) e a umidade (θ)do solo, bem como emergência e altura de planta, crescimento radicular e produtividade da soja. O delineamento experimental foi blocos ao acaso com três repetições. Os tratamentos foram: semeadura direta sem pastejo (SD/SP), semeadura direta com pastejo (SD/CP) e escarificado (Esc). A Ds, Mi, Ma, Pt, CRA e a Ka foram determinadas em amostras de solo coletada com estrutura preservada nas camadas de 0-0,07; 0,07- 0,15 e 0,20-0,30 m, em três épocas: antes do pastejo (agosto de 2007), pós-pastejo (dezembro de 2007) e pós-pastejo (outubro de 2008). A curva de compressão do solo foi determinada em amostra equilibrada na tensão de 0,03 MPa nas duas primeiras camadas acima citadas. Os resultados indicaram que a escarificação em solos sob integração lavoura-pecuária sob plantio direto proporciona condições físico-hídrica do solo menos favoráveis ao desenvolvimento das plantas, afetando negativamente o rendimento de grãos da cultura da soja. O solo escarificado sofreu alterações impostas pelo pisoteio dos animais, reduzindo o efeito residual do mesmo. A ausência dos animais não promoveu alterações expressivas na Ds, Mi, Ma e Pt no solo manejado sob plantio direto. A escarificação diminuiu a retenção de água comparado com solo não escarificado. A RP apresentou relação direta com a umidade, abaixo de 20 % obteve-se valores acima de 2 MPa de RP. Na SD/CP o sistema radicular apresentou desvio de crescimento em profundidade, principalmente na camada 0-0,07 m, desvio não observado na SD/SP e no Esc. A altura de planta no SD/SP foi maior do que nos demais tratamentos e a menor produtividade de grãos foram obtidos no Esc. em ano com déficit hídrico. A maior Ka foi observada nos menores potenciais matriciais e na camada superficial do solo, onde há maior presença de macroporos, com redução em profundidade. Obteve-se uma relação direta entre a Ka e o εa do solo. A pressão aplicada pelo tráfego dos animais elevou os valores de σp na camada superficial. Com a escarificação do solo a camada superficial, houve menor capacidade de suporte, ou seja, maior suscetibilidade à compactação.

Este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre os conceitos de solos não saturados e descreve os diversos tipos de camada de cobertura usadas em aterro de resíduos sólidos urbanos. Apresenta trabalhos científicos que contemplam curvas características de solos tropicais brasileiros. Caracteriza o solo usado antigamente como camada de cobertura do Aterro Morro do Céu e este solo com adição de 5% de bentonita. Determina a curva característica desses dois solos pelo Método do Papel Filtro e pela Placa de Sucção e, em seguida, Placa de Pressão. As curvas obtidas por esses métodos apresentaram diferenças. A adição da bentonita no solo teve como objetivo avaliar o desempenho do mesmo. O solo com adição de bentonita apresentou maior plasticidade, menor permeabilidade e maior capacidade de retenção de água no solo. Apresenta a modelagem de camadas monolíticas, camadas monolíticas evapotranspirativas, barreiras capilares, barreiras capilares evapotranspirativas através do uso do Programa VADOSE/W como ferramenta para aferição. / This study is a review about unsatured soils concepts and describes some types of soil cover systems used in landfills. It presents scientific works about Brazilian tropical soils Water Retention Curve. It characterizes the soil that was used as a cover layer system used at Morro do Céu landfill and the same soil with addition of 5% of bentonite. It determinates the soil water retention curve by Filter Paper Method and Suction Plate and, after that, Pressure Plate. The curves obtained by these two methods showed differences. The objective of the addition of the bentonite in the soil is to evaluate its performance. The soil with the addition of bentonite shows higher plasticity, lower hydraulic conductivity and higher moisture storage. It presents the modeling of monolithic covers, evapotranspirative monolithic covers, capillary barriers and evapotranspirative capillary barriers by the use of VADOSE/W Program as a tool for gauging.

O desenvolvimento econômico e o aumento da produtividade agrícola intensificaram o uso de produtos químicos nas lavouras. Quando se pretende quantificar o impacto ambiental de tal uso é necessário empregar modelos que descrevam o fluxo de água e solutos na região não saturada do solo. Para esse fim, um dos parâmetros mais eficazes é conhecer a retenção de água no solo. O objetivo deste trabalho foi desenvolver funções de pedotransferência (FPTs) que estimassem a partir de análise em redes neurais artificiais (RNAs) a retenção de água nos solos da microbacia hidrográfica do ribeirão Canchim, município de São Carlos, SP. Os atributos físicos, textura (argila, silte e areia), densidade e resistência à penetração dos solos: LVAd, LVe, LVdf e NVef, manejados com e sem cobertura vegetal e sob mata foram determinados com equipamentos não convencionais na Embrapa Instrumentação Agropecuária em São Carlos, SP. Esses parâmetros foram utilizados como variáveis de entrada nas duas redes neurais artificiais. Foram obtidas, ainda, as curvas de retenção de água no solo por meio da câmara de pressão de Richards e da tomografia computadorizada, além da porosidade total e da condutividade hidráulica não saturada. O analisador granulométrico de solos e o penetrômetro associado a TDR possibilitaram a obtenção de um grande número de dados. Os atributos físicos dos solos apresentaram grande variabilidade em função da constituição granulométrica e manejos adotados. As RNAs foram eficientes no desenvolvimento de FPTs capazes de estimar a retenção de água com base em propriedades básicas de solo obtidas em grande número. / Economic development and increasing agricultural productivity have intensified the use of chemical products in farming. The quantification environmental impact of these products requires the use of models that describe the flow of water and solutes in the unsaturated region of the soil. For this purpose, one of the most effective parameters belong to the water retention curve of the soil. The purpose of this work was to develop pedotransfer functions (PTFs) to estimate the retention of water by soils of the hydrographic microbasin of the Canchim river, in the municipality of São Carlos, state of São Paulo, Brazil, based on artificial neural networks (ANNs). The physical attributes, granulometry (clay, silt and sand), density and resistance to penetration of LVAd, LVe, LVdf and NVef soils, managed with and without vegetal cover and under forest, were determined using nonconventional equipment at Embrapa Instrumentação Agropecuária in São Carlos, SP. These parameters were used as input variables for two artificial neural networks. The soils\' water retention curves were also obtained using a Richards pressure chamber and computed tomography, as well as their total porosity and unsaturated hydraulic conductivity. A soil granulometric analyzer and a penetrometer allied to TDR provided a large number of data. The soils\' physical attributes displayed a wide variability as a function of their granulometric constitution and adopted managements. The ANNs were effective in developing PTFs able to estimate the water retention based on the large number of basic soil properties.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:36:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_ Alvaro_ Luiz_ Carvalho_ Nebel.pdf: 1615608 bytes, checksum: cf5d12660d9ae82ddc2e973b92c9812e (MD5) Previous issue date: 2009-04-24 / The understanding of the dynamics of the water in the soil-plant-atmosphere system, including the water availability to the crops, soil water infiltration, drainage and soil solute movement, depends on the knowledge of the relation between the soil water content and the matric potential, represented by the soil water retention curve (SWRC). However, the establishment of SWRCs is laborious and time consuming, besides being costly. A alternative is its estimate through statistical equations called Pedotransfer Functions (PTFs). The aim of this study was to evaluate the ability of some existing PTFs, in predicting the soil water retention and to capture its spatial variability structure, using geostatistical tools, when applied in a lowland soil of the south region of Brazil. For this, an experimental 10 x 10 m grid was established and soil disturbed and undisturbed samples were collected in the 0-0.20 m soil depth, totaling 100 experimental points. The following soil attributes were determined in each point: soil texture, soil organic carbon, pH, cation exchange capacity, soil bulk density, and the soil water retention curve. Eight developed PTFs for estimating gravimetric soil water content, eight for estimating volumetric water content and five for estimating the van Genuchten model parameters were evaluated using the statistical measures mean error (ME), and the root mean square error (RMSE). Results indicated that the Oliveira et al. (2002) PTF presented the best performance for estimating the gravimetric soil water content at the tension of 33kPa, with mean error (ME) value of 0.0136g.g-1, while for the gravimetric water content at tension of 1500kPa the Pidgeon (1972) FPT was the best, with ME value of -0,0054g.g-1. Concerning to the potential of describing the spatial variability structure the Bell & van Keulen (1995 and 1996) and of Urach (2007) PTFs presented the best performance based on the results from the cross validation technique. For estimating the soil water volumetric content at the tension of 10kPa the Tomasela et al. (2002) was the best (ME of 0.019cm3.cm-3), while Rawls et al. (1982) and van den Berg et al. (1997) PTFs were the best for estimating soil water content at the tension of 33kPa (ME of 0.001cm3.cm-3) and 1500kPa (ME of -0.008cm3.cm-3), respectively. The range and sill geostatistical parameters for the tension of 33kPa were reasonable estimated, while for the tension of 1500kPa they were underestimated by the evaluated PTFs. The Parametric Pedotransfer Function constructed by Vereecken et al.(1989) presented the lowest value of ME (0.0247cm3.cm-3), while the Hodnett and Tomasella (2002) PTF presented the lowest value of RMSE (0.0367 cm3.cm-3). Both PTFs well described the experimental semivariograms of the soil water content at the tensions of 10kPa and 33kPa, however their performance was not good for the tension of 1500kPa. / Estudos que envolvem a dinâmica da água no sistema solo-planta-atmosfera tais como disponibilidade de água no solo para as culturas, infiltração, drenagem e movimento de solutos no solo necessitam do conhecimento da relação entre o conteúdo de água no solo e o potencial matricial, representada pela curva de retenção de água no solo. No entanto, sua execução é laboriosa, demanda considerável tempo e custos. Uma alternativa é sua estimativa através de equações estatísticas denominadas Funções de Pedotransferência (FPTs). O objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho de funções de pedotransferência em estimar a retenção de água no solo e capturar a sua estrutura de variabilidade espacial, usando ferramentas geoestatísticas, quando aplicadas em um solo de várzea da região sul do Brasil. Para isto, uma malha experimental de 10m x 10m foi estabelecido e amostras deformadas e indeformadas do solo foram coletadas representativas da camada de 0 0,20m, totalizando 100 pontos amostrais. Os seguintes atributos do solo foram determinados em cada ponto: textura, carbono orgânico, pH, capacidade de troca de cátions, densidade do solo e a curva de retenção de água no solo. Oito FPTs desenvolvidas para estimar o conteúdo gravimétrico de água no solo, oito para estimar o conteúdo volumétrico e cinco para estimar os parâmetros do modelo de van Genuchten foram avaliadas, usando as medidas estatísticas erro médio (ME) e raiz quadrada do erro médio ao quadrado (RMSE). Os resultados obtidos para a estimativa do conteúdo de água gravimétrico mostram que a FPT de Oliveira et al. (2002) apresentou o melhor desempenho para a tensão de 33kPa, com erro médio (ME) de 0,0136g.g-1, enquanto para a tensão de 1500kPa a FPT de Pidgeon (1972) foi melhor, com ME de -0,0054g.g-1. Com relação ao potencial de descrever a estrutura de variabilidade espacial do conjunto de dados medidos, as FPTs desenvolvidas por Bell & van Keulen (1995 e 1996) e Urach (2007) foram as que apresentaram melhor desempenho baseado nos resultados da validação cruzada. Para o conteúdo volumétrico de água retida no solo, os melhores desempenhos foram obtidos pela FPT de Tomasela et al.(2003) para a tensão de 10kPa, Rawls et al. (1982) para 33kPa e van den Berg et al.(1997) para 1500kPa, com ME iguais a 0,019cm3.cm-3, 0,001cm3.cm-3 e -0,008cm3.cm-3, respectivamente. Os parâmetros da estrutura de dependência espacial, alcance e patamar, para a tensão de 33kPa foram razoavelmente estimados, enquanto para a tensão de 1500kPa foram subestimados pelas FPTs avaliadas. A FPT paramétrica desenvolvida por Vereecken et al. (1989) apresentou o menor valor de ME (0,0247cm3.cm-3), enquanto a FPT de Hodnett e Tomasella (2002) apresentou o menor valor de RMSE (0,0367 cm3.cm-3). Ambas FPTs descreveram bem os semivariogramas experimentais do conteúdo de água retido no solo a 10kPa e 33kPa, entretanto para a tensão de 1500kPa nenhuma das FPTs testadas apresentou bom desempenho.

The intensification of biofuel production causes negative impacts on soil quality, thus the soil requires adequate assessment to ascertain its quality status, however site-specific nature of results in literature requires independent soil property measurement and assessment depending on specific agroecosystem and management goals. Therefore, the main objective of this study was to investigate seasonal pattern of soil quality, soil water and thermal regimes and performance of sugarcane and tung crops at the experimental station of Soils Department, Federal University of Santa Maria, Santa Maria, RS, Brazil. The sugarcane experiment (three seasons) was established in 2010 under no-tillage; no-tillage + compaction; conventional tillage and chiseling treatments in a randomized complete block design with three replications. In years 2011 and 2012, there was no soil disturbance; however residue mulching was imposed, giving split-plot design. The tung-based cropping system (two seasons, 2012-2014) was a randomized complete block design experiment with four replications. The treatments were: tung-crambe-sunflower/soybean + inorganic fertilizer; tung-crambe-sunflower/soybean + organic manure; tung-oats-peanut; and sole tung (control). Crambe and oats were planted in winter while sunflower (1st year)/soybean (2nd year) and peanut were planted in summer. Disturbed and undisturbed (using cores of known volume) soil samples were collected from soil layers 0-10, 10-20, 20-40 and 40-60 cm in sugarcane, and 0-10, 10-20, 20-40, 40-60 and 60-80 cm in tung for the laboratory determination of soil quality indicators. There was field monitoring of soil water retention, matric potential and soil temperature and agronomic parameters measured include sugarcane yield and tung plant height. Minimum data set for soil quality assessment was made using principal component analysis and soil quality index was obtained using weighted additive method. The temporal patterns of soil water storage and temperature were evaluated using algorithms for time series data. Except for Ma in 0-10 cm layer of tillage plots, both tillage and residue mulching did not significantly affect (p<0.05) the soil quality indicators, overall soil quality, water retention and sugarcane yield. The degree of compaction was not enough to limit sugarcane growth. Residue retention significantly influenced temporal processes of soil temperature and state-time analysis was better than classical regression of time series analysis of soil water storage and temperature. Cropping system did not significantly influence (p<0.05) soil quality indicators, overall SQI and tung plant height, but significant influenced soil water retention. For the two experiments, there was no discernible trend in the seasonal values of soil hydro-physical variables and crop response. / A intensificação da produção de biocombustíveis pode prejudicar a qualidade do solo. Portanto, para evitar a degradação do solo é necessário monitorar periodicamente os atributos mais afetados pela atividade agrícola. Assim, o objetivo deste estudo foi investigar o padrão sazonal da qualidade, da água e regimes térmicos do solo, bem como o desempenho das culturas da cana-de-açúcar e do tungue na estação experimental do Departamento de Solos da Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS, Brasil. Para isso foram avaliados dois experimentos. O experimento de cana-de-açúcar (três anos de cultivo) foi implantado em 2010 e os tratamentos foram: plantio direto; plantio direto com compactação adicional; preparo convencional e; escarificado, distribuídos em um delineamento de blocos casualizados com três repetições. Nos anos de 2011 e 2012, não houve revolvimento do solo, mas foi adicionada cobertura vegetal morta, designando um esquema de parcelas subdivididas. Para o sistema de cultivo do tungue (dois anos de cultivo, 2012-2014) foi utilizado um experimento de blocos ao acaso com quatro repetições. Os tratamentos foram: tungue-crambe-girassol / soja com fertilizantes inorgânicos; tungue-crambe-girassol / soja com adubação orgânica; tungue-aveia-amendoim; e tungue (controle). Crambe e aveia foram plantadas no inverno, enquanto girassol (1° ano) / soja (2º ano) e amendoim foram plantados no verão. Amostras de solo com estrutura alterada e preservada foram coletadas (usando cilindros com 57 mm de diâmetro e 40 mm de altura) nas camadas de 0-10, 10-20, 20-40 e 40-60 cm na cana-de-açúcar, e de 0-10, 10-20, 20-40, 40-60 e 60-80 cm no tungue para a determinação laboratorial dos indicadores de qualidade do solo. Houve o monitoramento á campo da temperatura, umidade potencial matricial da água no solo e parâmetros agronômicos incluindo a produtividade da cana-de-açúcar e altura da planta de tungue. Um conjunto mínimo de dados para a avaliação da qualidade do solo foi obtido através da análise de componentes principais e o índice de qualidade do solo foi obtido pelo método aditivo ponderado. Os padrões temporais de armazenamento de água do solo e a temperatura do solo foram avaliados utilizando algoritmos para dados de séries temporais. Exceto para a macroporosidade, na camada de 0-10 cm dos tratamentos com preparo do solo, o preparo e a cobertura de palha não afetaram significativamente (p <0,05) os indicadores de qualidade do solo, o índice de qualidade do solo, a retenção de água ou a produtividade de cana-de-açúcar. O grau de compactação não foi suficiente para limitar o crescimento da cana-de-açúcar. A permanência da palha na superfície influenciou significativamente os processos temporais de temperatura do solo e a análise temporal foi melhor do que a análise de regressão clássica para a análise das séries temporais de armazenamento de água e temperatura do solo. O sistema de cultivo não influenciou significativamente (p<0,05) os indicadores de qualidade do solo, o índice de qualidade do solo e a altura da planta, mas influenciou significativamente a retenção de água do solo. Nos dois experimentos, não houve nenhuma tendência clara nos valores sazonais de variáveis físico-hídricas do solo e na resposta da cultura.

The present work was accomplished in a slope with a pedological system composed of Red Argisol/Gleysol, in a pasture area located in an unit of agricultural production in the municipal district of Santa Maria - RS. It aimed at the characterization morphologic and the physic-hydrical and the discretization of the variability of the loss of soil of the slope. Thirteen aligned profiles were selected in a toposequency, of a total of 57, reconstituted by the polls method. After description the approach of the pedologic system in the thirteen profiles, considering the vertical and lateral succession of the verified horizons, the samples were collected for the chemical and physical-hydrical determinations in laboratory (texture, densities, porosities, retention hydrical and availability of water, saturated hydraulic conductivity and permeability to the air), in three sampling orientations. Furthermore, the soil losses were estimated through the coupling of the Universal Equation of Loss of the Soil - RUSLE, in SIG atmosphere. In the toposequency, three profiles were classified as Gleysol and the others as Red Argisol. Argisols and Gleysols presented variated chemical and physical limitations, producing strong use limitation. The horizons Bt in Argissolos are found in different depths in the studied profiles, implicating different behaviors, depending on the thickness of the horizons upper (suprajacente) The physical-hydrical dynamics of the system is marked by a different behavior among the surface (loam) and the subsurface (clayer), and it should be understood, considering the group of the horizons of each profile, to predict the physical-hydrical behavior of the soil. The saturated hydraulic conductivity of the soil presented a variation along the horizons of the soil profiles in different positions of the landscape, with great differences among the values observed in surface in relation to the ones of the subsurface, identifying the existence of a lateral flow of water in the soil, mainly in the portion of the hillside and its space variation in a topographical sequence. In the podzolic cover, the blockade of vertical drainage occurs in the top of the horizon Bt, generating a more humid zone above. The smallest retention of water in all the profiles occured in the loam horizons, Ap and A1, in all the tensions, while in the deepest horizons, Bt1 and Bt2, there was a larger retention as a consequence of the decrease of the sand tenor and increase of the clay tenor. The transition horizons, AB and BA, presented an intermediate behavior. The available water in the soil for the plants was influenced directly by the texture, which increased with the increment of the sand fraction and it decreases with the increase of the clay fraction. With the drier of the soil the permeability to the air tends to increase due to the drainage of the water of the pores which start to conduct air, being highly dependent of the macroporosity. The animal trampling and the preparation operations promoted an increase of the soil density, resulting in the reduction of the total porosity and of the macroporosity and consequently an increase in the microporosity in the horizons Ap and A1, which suffer the direct effects of the anthropic activity. The methodology application that engagement RUSLE in atmosphere SIG, allowed the discretization of the space variability of the factors that determine the losses, as well as the soil losses in a slope of the Central Depression of RS. / O presente trabalho foi realizado em uma vertente com sistema pedológico composto de Argissolo/Gleissolo, em área de pastagem, localizada em uma unidade de produção agropecuária, no município de Santa Maria RS. Objetivou-se, a caracterização morfológica e físico-hídrica e a discretização da variabilidade das perdas de solo da vertente. Foram selecionados treze perfis alinhados em uma topossequência, de um total de 57, descritos pelo método de tradagem. Após abordagem morfológica do sistema pedológico nos treze perfis, considerando a sucessão vertical e lateral, dos horizontes constatados, procederam-se as coletas de amostras para as determinações químicas e análise granulométricas, e em três orientações de amostragem as determinações físicohídricas (densidades, porosidades, retenção hídrica, condutividade hidráulica do solo saturado e permeabilidade ao ar). Além disso, foi estimada as perdas de solo através do acoplamento da Equação Universal de Perda do Solo RUSLE, em ambiente SIG. Na topossequência, três perfis foram classificados como Gleissolo e os demais como Argissolo Vermelho. Os Gleissolos apresentaram limitações variadas decorrentes do excesso de água e os Argissolos limitações químicas e físicas. O horizonte Bt nos Argissolos, encontra-se em profundidades variadas nos perfis estudados, implicando comportamentos distintos, dependendo da espessura do (s) horizontes (s) suprajacente (s). A dinâmica físico-hídrica do sistema, caracteriza-se por um comportamento distinto entre a superfície (textura média) e a subsuperfície (textura argilosa) devendo ser compreendida, considerando o conjunto dos horizontes de cada perfil, para predizer o comportamento físico-hídrico do solo. A condutividade hidráulica do solo apresentou variação ao longo dos horizontes dos perfis de solo em diferentes posições da paisagem, ocorrendo grandes diferenças entre os valores observados em superfície em relação a subsuperfície, identificando-se a existência de fluxo lateral de água no solo, principalmente, na porção da encosta e a sua variação espacial em uma sequência topográfica. Na cobertura argissólica, o bloqueio de drenagem vertical ocorre no topo do horizonte Bt, originando acima deste uma zona mais úmida. A menor retenção de água em todos os perfis ocorreu nos horizontes com textura média, Ap e A1, em todas as tensões, enquanto que nos horizontes mais profundos, Bt1 e Bt2, houve maior retenção, como consequência da diminuição do teor de areia e aumento do teor de argila. Os horizontes de transição, AB e BA, apresentaram um comportamento intermediário. A água disponível no solo para as plantas foi influenciada diretamente pela granulometria, aumentando nos horizontes com maior percentual de areia e diminuindo com o aumento da fração argila. Com o secamento do solo a permeabilidade ao ar tende a aumentar devido à drenagem da água dos poros os quais passam a conduzir maior quantidade de ar, sendo altamente dependente dos macroporos. O pisoteio animal e as operações de preparo promoveram aumento da densidade do solo, resultando na redução da porosidade total e da macroporosidade e consequentemente um aumento na microporosidade nos horizontes Ap e A1, os quais sofrem os efeitos diretos das atividades antrópicas. A aplicação de metodologia que acopla a RUSLE em ambiente SIG, permitiu a discretização da variabilidade espacial dos fatores que influenciam as perdas, bem como as perdas de solo de uma vertente da Depressão Central do RS.

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:24:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Rogerio Gomes Pereira.pdf: 1311913 bytes, checksum: 594d4803b27bb1b817ac16d754681cbb (MD5) Previous issue date: 2011-02-14 / The average national rice yield was 11,3 million tones, with a harvested area of about 2,7 million hectares (IBGE 2010). Part of this comes from upland production systems in savannas that have high acidity, low fertility, with low phosphorus and potassium levels, low cation exchange capacity and high aluminum saturation. Upland rice in the Brazilian savannas (Cerrados) experiences multiple abiotic stresses and is characterized by high levels of uncertainty caused by rainfall variability. The increasing consumption of plant biomass to generate energy has produced products and by-products with high potential for agricultural use. Among these products is charcoal, that, due to its physical-chemical and molecular properties, have beneficial effects for the physical, chemical and biological soil characteristics. The objective of this work was to investigate the effect of charcoal on soil chemical properties and on the development of upland rice, and on the transpiration rate response of upland rice as an alternative to decrease the effect of drought on its growth and development. Two pot experiments were carried out using a random split-plot experimental design. The main treatments (plots) were water stress (WS) and no-water stress (NWS) and the sub treatments (subplots) were different biochar doses, 0% or control (T1), 6% (T2), 12% (T3) and 24% (T4) in growing medium (sand). The plastic pots were randomized within the sub plots with six replications. The total transpirable soil water (TTSW), the p factor, defined as the average fraction of TTSW that can be depleted from the root zone before reduction in transpiration occurs and the normalized transpiration rate (NTR) were determined. Charcoal significantly increased dry matter accumulation and leaf area of rice plants in both experiments and positively affected the chemical and physical soil properties such as water retention and nitrate availability to the plants. Biochar addition increased TTSW, p factor and reduced NTR. Consequently, biochar addition was able to change the moisture threshold (p factor) of the growing medium, up to a maximum concentration of 12%, hence delaying the point where transpiration declines and affects yield. / A safra nacional de arroz foi de 11,3 milhões de toneladas, com uma área colhida de aproximadamente 2,7 milhões hectares (IBGE 2010). Parte desta produção é cultivada em sistema de sequeiro sob solos de cerrados que é caracterizado por apresentar elevada acidez e baixa fertilidade natural, com baixos teores de fósforo, potássio, capacidade de troca catiônica e elevada saturação por alumínio. O arroz de terras altas cultivado no Brasil Central (Cerrados) experimenta múltiplos estresses abióticos e sua produtividade é caracterizada pela incerteza devido à variabilidade na precipitação. O crescente consumo de biomassa vegetal para a geração de energia tem disponibilizado subprodutos com alto potencial para o uso agrícola. Dentre esses subprodutos, destaca-se o carvão vegetal, que devido as suas características físico-químicas e moleculares, tem-se mostrado benéfico para as propriedades físicas, químicas e biológicas do solo. O objetivo deste estudo foi analisar os efeitos de diferentes doses de carvão vegetal de eucalipto na produção de matéria seca na cultura do arroz de terras altas e nas características físico-químicas e hídricas em substrato areia, e na resposta da taxa de transpiração do arroz de terras altas como uma alternativa para minimizar os efeitos da seca no seu desenvolvimento e crescimento. Dois experimentos em vasos foram realizados por meio do delineamento em parcela sub-dividida. A parcela principal foi constituída pelo tratamento deficiência hídrica (WS) e não deficiência hídrica (NWS) e as sub-parcelas pelas diferentes doses de carvão; 0% (controle, T1), 6% (T2), 12% (T3) e 24% (T4) adicionadas no substrato (areia). Os vasos foram inteiramente casualizados nas sub-parcelas com seis repetições por dose de carvão. A quantidade de água transpirável no solo (TTSW), o fator de depleção (p), definido como a fração de água disponível no solo que pode ser retirada da zona radicular antes de ocorrer a redução da taxa de transpiração, e a taxa de transpiração normalizada (NTR) foram determinadas. A adição de carvão ao substrato proporcionou um aumento significativo na produção de matéria seca e área foliar das plantas de arroz em ambos os experimentos. Nos tratamentos T2, T3 e T4, a adição de carvão vegetal alterou significativamente as características químicas e físico-hídricas do solo, aumentando a retenção de água e a disponibilidade de nitrato para as plantas. A adição de carvão aumentou a TTSW, o fator p e reduziu a NTR. Conseqüentemente, o carvão foi responsável por modificar o fator p, até uma concentração máxima de 12% e retardar o ponto no qual o declínio da transpiração afeta o rendimento.

Under hösten 2019 har Vattenfall Research &amp; Development byggt en experimentell jordfyllningsdamm i Älvkarleby med dimensionerna 20x15x4 meter. Delar av experimentdammen är konventionellt konstruerade och har installerats med geoteknisk utrustning som utgörs av bland annat inklinometrar och portrycksgivare. Andra delar av experimentdammen har byggts in med defekter som ska representera åldersrelaterade skador eller utförandefel vid konstruktion. Experimentdammen ger möjlighet att under realistiska och kontrollerade förhållanden studera det mekaniska beteendet i samband med fyllning av vatten och vidare drift med hjälp av den geotekniska instrumenteringen samt med stöd av numerisk modellering. I detta examensarbete, som utgör en del av Luleå tekniska universitets forskningsprojekt mot experimentdammen, har experimentdammens beteende i form av deformationer och portryck studerats under uppfyllnad och drift fram till sommaren 2021. Detta har utförts genom simuleringar i det finita elementprogrammet PLAXIS 2D 2019 för en tvärsektion av experimentdammen i plant-deformationstillstånd. Mätpunkterna i modellen har baserats på faktisk placering av den geotekniska instrumenteringen. Den finita elementmodellen av experimentdammen har konstruerats och fyllts med vatten enligt dokumentation från fält. En flödes-deformationsanalys, med den konstitutiva modellen Hardening Soil och den hydrauliska modellen van Genuchten, har tillämpats för att modellera den simultana utvecklingen av portryck och deformationer under uppfyllnad. Materialparametervärden för den finita elementmodelleringen har erhållits från Vattenfall R&amp;D, relevant litteratur och från fält- och laboratorieförsök. I fält har vattenvolymeterförsök utförts på tätkärnan och i laboratoriemiljö har modifierad proctorpackning, dränerade konventionella triaxialförsök, permeabilitetsförsök och övertryckskapillarimeterförsök utförts på tätkärnans material. Resultatet från övertryckskapillarimeterförsök har anpassats mot den hydrauliska modellen van Genuchten för att uppskatta en vattenbindningskurva som beskriver det icke-linjära förhållandet mellan jordens vatteninnehåll och porundertryck, det vill säga det omättade förhållandet. Vattenbindningskurvor för övriga materialzoner har uppskattats baserat på litteratur. Verktyget PLAXIS SoilTest har använts för att optimera materialparametervärden för tätkärnan mot resultat från utförda triaxialförsök. Materialparametrarna E50ref, Eoedref, Eurref, m, c, och ϕ har optimerats fram till brott i triaxial belastning. En känslighetsanalys har utförts för reduktion av filterzonernas och stödfyllningens styvhetsmoduler och deras inverkan på horisontella deformationer i dammkroppen under uppfyllnad. Känslighetsanalysen indikerar att finfiltrets styvhetsmoduler har störst inverkan och grovfiltrets styvhetsmoduler har minst inverkan på de horisontella deformationerna. Studiens resultat visar att magnituden av horisontella och vertikala deformationer kommer vara som störst i den övre delen av dammkroppen och uppgår där till 3,5 respektive 4,0 mm. Dammkroppens huvudsakliga rörelse kommer vara i nedströms riktning och det observerades hur en kontaktzon mellan uppströms filterzon och tätkärnan utgör en gräns för riktning av deformationer. Faktiskt uppmätta rörelser i installerade inklinometrar kunde inte jämföras mot deformationer i den finita elementmodellen eftersom författarens tolkning indikerar på att botten av inklinometrarna har rört på sig, och mätpunkterna i botten av modellen är fixerade. Modellen visar hur en fördröjd utveckling av vattenmättnad sker genom tätkärnan, där uppströms sida av tätkärnan reagerar snabbare på förändringar i vattennivå jämfört med nedströms sida av tätkärnan som uppvisar en fördröjd respons. Vid en sänkning av vattennivån observerades hur tätkärnan håller kvar vatten ovan portryckslinjen medan de grövre materialen dränerar i takt med vattennivåns sänkning. Utvecklingen av de simulerade portrycken i modellen under uppfyllnad och drift överensstämmer bra med de uppmätta portrycken i experimentdammen, när portrycken är positiva. Det observeras hur den finita elementmodellen överskattar negativa portryck (porundertryck). Portrycken i modellen når ett stadigt tillstånd ungefär 115 dagar efter att fyllningen av vatten påbörjats. Den finita elementmodellen lyckas att återge det teoretiska beteendet av jordfyllningsdammar under fyllning i form av huvudsakliga riktningar av deformationer och utveckling av vattenmättnad i tätkärnan. Denna studie bidrar till en djupare förståelse för experimentdammens, och i allmänhet jordfyllningsdammars, mekaniska beteende under uppfyllnad. Resultaten från den finita elementmodellen kan ur ett dammsäkerhetsperspektiv användas för erhålla indikationer på utvecklingen av deformationer, portryck och vattenmättnadsgrad i jordfyllningsdammar under uppfyllnad, och även under en tillfällig sänkning av vattennivån under den första fyllningen. Studien ger också indikationer på vilka materialparametrar som är viktiga vid numerisk modellering av mekaniskt beteende i jordfyllningsdammar. / During the autumn of 2019, Vattenfall Research &amp; Development constructed an experimental embankment dam in Älvkarleby with the dimensions 20x15x4 metres. Parts of the experimental dam are conventionally constructed and have been equipped with geotechnical instrumentation which consist of, among other things, inclinometers and pore pressure transducers. Other parts of the experimental dam have built in defects to represent age-related damages or execution errors during construction. The experimental embankment dam provides the opportunity to, under realistic and controlled conditions, study the mechanical behaviour during filling of water and operation by means of the geotechnical instrumentation and the use of numerical modelling. In this master’s thesis, which forms part of Luleå University of Technology’s research project towards the experimental dam, the behaviour of the experimental dam in terms of deformations and pore pressures have been studied during filling and operation until the summer of 2021. This has been performed by simulations in the finite element program PLAXIS 2D 2019 for a cross section of the experimental dam under plane-strain conditions. Measuring points in the model have been based on the actual location of the geotechnical instrumentation. The finite element model of the experimental dam has been constructed and filled according to documentation from field. A fully-coupled flow deformation analysis, with the constitutive model Hardening Soil and hydraulic model van Genuchten, has been utilised to model the simultaneous development of pore pressure and deformations during filling. Values of material parameters for the finite element modelling have been received from Vattenfall R&amp;D, relevant literature and from field- and laboratory tests. In the field, balloon tests have been performed on the core material. In laboratory environment, modified proctor compaction tests, drained conventional triaxial tests, permeability tests and pressure plate tests have been performed on the core material. Results from the pressure plate tests have been adapted to the hydraulic model van Genuchten to estimate a soil-water characteristic curve in order to describe the non-linear relation between the water content and suction in the soil, i.e. unsaturated conditions. Soil-water characteristic curves for the other material zones have been estimated based on literature. The tool PLAXIS SoilTest has been used to optimise material parameter values of the core against the results from conducted triaxial tests. The material parameters E50ref, Eoedref, Eurref, m, c, and ϕ have been optimised until failure in triaxial loading. A sensitivity analysis has been carried out, by reducing stiffness moduli of the filter zones and the shoulder material, to investigate the influence on horizontal deformations in the dam body during filling. The sensitivity analysis indicates that the stiffness moduli of the fine filter have the largest impact and the stiffness moduli of the coarse filter have the least impact on the horizontal deformations. The results of the study show that the magnitude of horizontal and vertical deformations will be largest in the upper part of the dam body and amounts to 3.5 and 4.0 mm, respectively. The main movement of the dam body will be in the downstream direction and it was observed how a contact zone between the upstream filter zone and the core forms a boundary for direction of deformations. Actual measured movements in the installed inclinometers could not be compared to deformations in the finite element model because the author’s interpretation indicates that the bottom of the inclinometers have moved, and the measuring points at the bottom of the model are fixed. The model shows how a delayed development of saturation occur through the core, where the upstream side of the core responds more quickly to changes in water level compared with the downstream side of the core which show a delayed response. At a lowering of the water level, it was observed how the core retains water above the phreatic line while the coarser materials drain as the water level decreases. Development of the simulated pore pressures in the model during filling and operation corresponds well with the measured pore pressures in the experimental dam, when the pore pressures are positive. It is observed how the finite element model overestimates negative pore pressures (suction). The pore pressures in the model reaches a steady state approximately 115 days after filling of water started. The finite element model succeeds in reproducing the theoretical behaviour of embankment dams during filling in terms of main directions of deformations and development of saturation in the core. This study contributes to a deeper understanding of the experimental dam, and in general mechanical behaviour of embankment dams during filling. The results from the finite element model can be used from a dam safety perspective to obtain indications on the development of deformations, pore pressures and degree of saturation in embankment dams during filling, and also for a temporary lowering of the water level during the first filling. The study also provides indications of which material parameters that are of importance in numerical modelling of mechanical behaviour in embankment dams.

In der Wintersaison 2005-2006 wurde ein Split-Split Plot-Design Feldversuch mit drei Wiederholungen für jede Behandlung von Kartoffeln, als Indikatorpflanze, unter den ariden Bedingungen der Kharga Oasis in der Westlichen Wüste von Ägypten durchgeführt. Drei Bewässerungslevel (100 %, 80 %, und 60 % of ETc) mit Tröpfchenbewässerung, zwei Mulchvarianten (Zuckerrübenabfall ohne und mit 24 ton ha-1) und 4 Kompostraten (0, 12, 24, und 36 ton ha-1) wurden getestet. Generell und als Ergebnis einer Regressionsanalyse der Versuchsvarianten ohne Kompost war die beste Variante die Tröpfchenbewässerung bei 80% ETc unabhängig ob gemulcht oder nicht gemulcht wurde. Andererseits die Variante mit 36 t Kompost und mit 24 t Mulch ergab die besten Ergebnisse bei 60% of ETc sowohl beim Ertrag und den Ertragskomponenten, bei den hydrophysikalischen Eigenschaften, bei der Bodenwasserretention, beim Wasserverbrauch, bei den Pflanzenkoeffizienten, der Wassernutzungseffizienz, der Düngernutzungseffizienz sowie beim Nettogewinn. Wird die Rate der Kompostgabe aber auf 24 ton ha-1 reduziert, die höchsten Nettogewinne bei der lokalen Vermarktung als auch signifikant beim Kartoffelexport werden erreicht. / Under the arid condition of Kharga Oasis in the Western Desert of Egypt, split-split plot design field experiment with three replications for each treatment using potato as an indicator plant was carried out during the winter season 2005-2006. Three irrigation levels of water regime (100 %, 80 %, and 60 % of ETc) using drip irrigation system, two treatments of soil covering (sugar cane wastes at the rate of 0 and 24 ton /ha) and compost rates (0, 12, 24, and 36 ton ha-1) were tested. In general and as a result of the triple interaction among the studied treatments, using drip irrigation either with soil mulching or not, 80 % of ETc as a water regime was the best. On the other hand, reducing drip irrigation water level at 60% of ETc in mulched soil that was treated with 36 ton ha-1 of compost recorded the highest values yield and yield components, soil hydrophysical properties, soil water retention, water consumption, crop coefficients, water economy water use efficiency, fertilizer use efficiency, net profit. But reducing the compost rate to 24 ton ha-1 attained the highest net profit for local potato consumption and achieved the best significant net profit for exportation.