La variabilité spatio-temporelle du ruissellement et de l'érosion hydrique n'est pas un fait nouveau. Leurs caractéristiques s'estiment généralement avec une marge raisonnable sur des parcelles d'un à quelques dizaines de m². Avec l'accroissement de la surface, l'hétérogénéité du milieu croît ce qui induit un effet d'échelle. Le passage de la parcelle au bassin versant n'est pas totalement maîtrisé compte tenu de la complexité et de la variabilité des facteurs mis en jeu. L'objectif de cette thèse est de comprendre les processus de ruissellement et de l'érosion dans différents environnements et à différentes échelles spatiales, d'identifier les sources de variation, puis de développer une méthodologie de transposition des résultats de l'échelle parcellaire à l'exutoire du bassin versant. À cet effet, un réseau de dix-huit parcelles expérimentales de différentes tailles, de deux unités hydrologiques ont permis de quantifier le ruissellement et les pertes en terre sur les principaux états de surface du bassin versant de Tougou.Les résultats obtenus sur les micro-parcelles de 1m², les parcelles de 50 et 150m², les unités hydrologiques de 6 et 34 ha et le bassin versant de 37km², montrent que, tant sur sols cultivés que sur sols dénudés, la lame ruisselée ainsi que les pertes en terres diminuent lorsque la superficie augmente, pour une même pluie et dans des conditions comparables d'humidité préalable des sols. Ce phénomène d'effet d'échelle de la superficie sur l'écoulement et l'érosion est connu des hydrologues qui se heurtent toujours à l'écueil de l'extrapolation des résultats obtenus sur petites superficies à des superficies plus grandes. Nos résultats montrent que l'effet d'échelle observé sur le ruissellement et l'érosion est dû principalement à l'hétérogénéité spatiale des sols (propriétés hydrodynamiques, microrelief) et à sa variabilité (état des variables) et que la dynamique temporelle de l'intensité de la pluie ne fait que l'amplifier.Les résultats obtenus lors des essais de transposition permettent de soutenir avec raison qu'une meilleure extrapolation des données de l'échelle parcellaire à l'échelle du bassin viendra de la prise en compte des questions de la connectivité hydrologique.En définitive, cette étude met en avant l'intérêt d'effectuer des mesures de ruissellement et d'érosion sur des unités homogènes en termes d'occupation du sol qui peuvent représenter une mosaïque hétérogène de surfaces homogènes. La localisation sur le bassin versant et le taux de connectivité de ces unités hydrologiques à l'intérieur desquelles les processus dominants du ruissellement et d'érosion se manifestent peuvent permettre d'approcher la résolution du problème de transfert d'échelle. / The spatio-temporal variability of runoff and erosion is not new fact. Their characteristics are generally estimated with a reasonable margin on plots of a few tens of square meters. With the increase of the surface, the heterogeneity of environment increases which induces a scale effect. The passage of the plot to the catchment is not totally controlled because of the complexity and variability of factors come into play. The objective of this thesis is to understand the processes of runoff and erosion in different environments and at different spatial scales, to identify the sources of variation, and to develop a methodology for implementation of the results of field scale to the basin outlet. To this end, a network of eighteen plots of different sizes, two hydrological units were used to quantify runoff and soil loss on the main surface features Watershed Tougou.The results obtained on micro-plots of 1 m², plots of 50 and 150 m², hydrologic units of 6 and 34 ha and the catchment area of 37 km², show that, both in cultivated soils and on bare soils, the runoff excess decreases as the area increases, for the same rain and prior comparable humidity conditions of the soil. This phenomenon of the scale effect of the area on runoff is known to hydrologists who still face the challenge of extrapolating results obtained on small areas to larger areas. Our results show that the scale effect observed on the runoff is mainly due to the spatial heterogeneity of soils (hydraulic properties, microrelief) and its variability (state of the variables) and that temporal dynamics of the intensity of rain just amplifies it. The results obtained in tests of transposition can maintain with reason that a better extrapolation of data from the field scale across the pond comes from the consideration of the issues of hydrologic connectivity.Ultimately, this study highlights the value of measurements of runoff on homogeneous units in terms of land use that may represent a heterogeneous mosaic of homogeneous areas. The location on the watershed and the rate of connectivity of the hydrologic units within which the dominant processes of runoff occur can allow approach the solution of the problem of scale transfer.

Com as novas tecnologias de produção visando maiores lucratividades e sustentabilidade, as técnicas e ferramentas da agricultura de precisão (AP) vêm sendo avaliadas pelos produtores na gestão de pomares comerciais de citros. A AP leva em consideração a desuniformidade das lavouras, tentando buscar soluções e ferramentas para melhor explorar tais variabilidades. As técnicas propostas se baseiam na variabilidade espacial existente no campo e em ações de manejo implementadas de forma localizada, em taxa variável, ou seja, de acordo com a demanda local pelos insumos. Já existem metodologias para confecção de mapas de produtividade em citros, um dos passos essenciais para o início da implantação da AP nas propriedades, e assim, o possível processamento dos dados e aplicação de fertilizantes e corretivos em taxas variadas. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos de aplicações em taxa fixa e variável sobre a produtividade e os parâmetros de fertilidade do solo bem como sobre o consumo de fertilizantes e calcário em talhões de citros em larga escala (ao longo de sete safras). O estudo foi conduzido durante sete anos, de 2011 a 2017 e englobou áreas experimentais em pomares que se localizam na fazenda Rio Pardo, município de Iaras - SP (22º57\'03,5\"S; 48º39\'37,4\"W) e consistiam em dez talhões de aproximadamente 25 hectares implantados em 2008 e 2009. Cinco talhões foram conduzidos utilizando o tratamento \"Dose fixa\" (DF) e cinco \"Dose variável\" (DV). O processamento dos dados consistia na realização da análise exploratória inicial, filtragens e limpezas, análises geoestatísticas, interpolações e recomendações dos insumos. No tratamento DF, os insumos foram aplicados seguindo a metodologia convencional de adubação, uma amostra de solo e folha era retirada de cada talhão e com base na expectativa de produção, a necessidade de insumos era calculada. No tratamento DV, as amostragens eram georreferenciadas e realizadas a cada um hectare. As recomendações de fósforo, potássio, calcário e nitrogênio foram calculadas com base nos mapas de produtividade do ano anterior e com os resultados laboratoriais das amostragens. As aplicações de P, K e N do tratamento DV não foram reduzidas quando comparadas às aplicações do tratamento DF, porém as aplicações em doses variadas apresentaram maiores eficiências na aplicação. Os valores médios de P e K nos solos se diferiram estatisticamente somente nos anos de 2013/14 e 2014/15, sendo maiores no tratamento DV. A produtividade no tratamento DV foi maior quando comparada ao tratamento DF e nas comparações entre os anos, em quatro safras o tratamento DV apresentou maiores produtividades, chegando a aumentos de 26% de produção de frutas e cerca de 2,74 t ha-1 na média nos seis anos avaliados. / With all the new and advance in production technologies, that aims for a greater profitability and sustainability, techniques and tools used in precision agriculture (PA) are starting to be evaluated by the producers in the management of citrus commercial fields. PA considers the unequal nature of the crops, willing to find solutions and procedures to exploit such variabilities with better results. The proposed techniques are based on spatial variability in the field and on management actions implemented locally, at varied rates, in other words, according to local demand for inputs. It is known that already exists some methodologies for making and developing maps of citrus productivity, one of the essential procedures of the implantation of PA in properties, and thus, the possible processing of data and application of fertilizers and correctives in varied rates. The objective of this paper was to evaluate the effects of fixed and variable rate applications on productivity and soil fertility parameters as well as on fertilizer and limestone consumption in large-scale citrus stands (over seven harvests). The study was developed for seven years, from 2011 to 2017 in experimental areas within orchards located in the Rio Pardo farm, in the municipality of Iaras - SP (22º57\'03.5 \"S; 48º39\'37.4\" W) and consisted of ten plots of approximately 25 hectares established in 2008 and 2009. Five plots were conducted using the \"Fixed-rates\" (DF) and five \"variable rates\" (DV) treatments. The data processing procedure consisted of performing the initial exploratory analysis, filtering and cleaning data, geostatistical analysis, interpolations and recommendations of the inputs. In the DF treatment, the inputs were applied according to the conventional fertilization methodology, a soil and leaf sample was with drawn from each plot and, based on the expected production, the input requirement was calculated. In the DV treatment, the samplings were georeferenced and carried out to each hectare. The recommendations for phosphorus, potassium, limestone, and nitrogen were calculated based on the previous year\'s productivity maps and the laboratory results of the samplings. The applications of P, K, and N of the DV treatment were not reduced when compared to the applications of DF treatment, but the applications in varied rates presented better efficiencies in the application. The medium values of P and K in soils differed statistically only in the years 2013/14 and 2014/15 and were higher in DV treatment. The productivity in the DV treatment was higher when compared to the treatment DF and in the comparisons between the years, in four harvests the DV treatment presented higher productivities, presenting increases of 26% of fruit production and around 2.74 t ha-1 on average in the six years evaluated.

Nos últimos anos, acompanhar o desenvolvimento de uma cultura tem se tornado cada vez mais imprescindível para a tomada de decisões. Sistemas aéreos remotamente pilotados são muito promissores em aplicações de monitoramento. Sua flexibilidade, facilidade de operação e construção relativamente barata os tornam os melhores candidatos para monitorar atividades na agricultura de precisão, onde as reações imediatas de manejo às doenças das plantas, à falta de nutrientes das plantas e às mudanças ambientais são o ponto focal para eficiência e produtividade das plantações. No entanto, no Brasil a utilização desta tecnologia ainda é limitada e o número de publicações científicas sobre o assunto é escasso. No caso específico da cana-de-açúcar, a utilização de aeronave remotamente pilotada (RPA) é bastante promissora e publicações científicas internacionais são limitadas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a potencialidade de imagens obtidas a partir de câmeras com diferentes bandas espectrais embarcadas em RPA para obtenção de modelos tridimensionais para estimativa de altura, produtividade e variabilidade espacial. As coletas foram realizadas ao longo da safra 2014/2015, durante o período de um ano. Foi utilizada uma aeronave remotamente pilotada equipada com uma câmera digital com sensibilidade na região espectral do visível (RGB) e outra na região espectral do infravermelho próximo (IVP) sincronizadas com um sistema de navegação global por satélite (GNSS). Este sistema possibilitou a aquisição de imagens com altíssima resolução (3 cm pixel-1) e permitiu a geração de orto-mosaicos e modelos digitais de superfícies (MDS) através de métodos de reconstrução automática em 3D, ajustados por pontos de controle em solo. O RPA seguiu um plano de voo pré-determinado sobre o local do estudo para garantir a aquisição de imagens com cruzamento e sobreposição superior a 90%. O método de validação foi conduzido a partir das medidas de altura obtidas a campo com o auxílio de régua topográfica. Após o processamento das imagens aéreas foi possível a identificação das áreas com ausência de fechamento de dossel, observando também a relação desses locais com o baixo desenvolvimento da altura das plantas ao longo de seu ciclo. A regressão entre os valores da estimativa de altura obtidas com as simulações apresentou erro relativo inferior a 13%, já a estimativa da produtividade apresentou erro na faixa de 6%. A estimativa de altura e produtividade demonstram o alto potencial para o monitoramento e avaliação de talhões de cana-de-açúcar, podendo ser uma ferramenta utilizada no apoio a gestão destas áreas. / In the last few years, monitoring the development of a culture has become increasingly imperative for decision-making. Remotely piloted aircraft systems (RPA) are very promising in monitoring applications. Their flexibility, ease of operation, and relatively inexpensive construction make them the best candidates to monitor precision farming activities where immediate management responses to plant diseases, lack of plant nutrients, and environmental changes are the focal point for efficiency And productivity of plantations. However in Brazil the use of this technology is still limited and the number of scientific publications on the subject is scarce. In the specific case of sugarcane the use of RPA is very promising and international scientific publications are limited. The objective of this work was to evaluate the potentiality of images obtained from cameras with different spectral bands embedded in RPA to obtain three - dimensional models for estimation of height, productivity and spatial variability. The collections were carried out during the 2014/2015 harvest, during a period of one year, using a remotely piloted aircraft equipped with a digital camera with sensitivity in the visible spectral region (RGB) and another in the near infrared spectral region (NIR) Synchronized with a GNSS. This system allowed the acquisition of images with very high resolution (3 cm pixel-1) allowing the generation of ortho-mosaics and digital surface models (DSM), through automatic 3D reconstruction methods adjusted by control points in soil. The RPA followed a pre-determined flight plan on the study site to ensure cross-over and overlapping acquisition of over 90%. The validation method was carried out from the height measurements obtained in the field with the aid of topography. After the aerial images processing, it was possible to identify the areas of crop failure, also observing the relation of these locations with the low development of plant height throughout its cycle. The regression between the values of the height estimation obtained with the simulations resulted in a relative error of less than 13%. The results obtained demonstrate the high potential of this technique for monitoring and evaluation of sugarcane fields, and can be a tool used to support the management of these areas.

A duração do período de molhamento (DPM) é de grande importância para a epidemiologia de doenças de plantas, pois desempenha papel fundamental em alguns processos epidemiológicos. Dessa forma, sua determinação torna-se indispensável para o entendimento da relação entre o clima e doenças de plantas. Sendo assim, este estudo teve como objetivos: definir uma posição padrão de instalação de sensores cilíndricos para a medida da DPM sobre gramado, avaliar a variabilidade espacial dessa variável em três diferentes culturas, relacionar a DPM medida em culturas agrícolas com aquela obtida em posto meteorológico e comparar a estimativa da DPM obtida com modelos empíricos com aquela medida com sensores eletrônicos. Na fase anterior à sua instalação no campo, todos os sensores eletrônicos foram previamente pintados com tinta látex e tratados termicamente. Após essa etapa, os sensores cilíndricos foram instalados sobre gramado a 30 cm de altura voltados para o sul. No período inicial, os sensores cilíndricos foram mantidos paralelos à horizontal, visando-se a avaliar a variabilidade entre os mesmos. Posteriormente, foram testados cinco diferentes ângulos de instalação. As medidas obtidas por esses sensores foram comparadas com a medida padrão, obtida por sensor de placa a 30 cm de altura e 45º de inclinação. Com a finalidade de se avaliar a variabilidade espacial da DPM, sensores eletrônicos de DPM foram distribuídos no dossel de três culturas: algodão, banana e café. As medidas obtidas nessas culturas foram comparadas com as fornecidas por sensor de placa em posição padrão. A estimativa da DPM foi feita por meio dos seguintes modelos: NHUR > 87%, CART, DPO e limiar estendido de umidade relativa para os períodos seco e chuvoso. As medidas obtidas por sensores cilíndricos sobre gramado apresentaram boa acurácia e precisão. A variação do ângulo de instalação não demonstrou ter efeito expressivo sobre a medida dos sensores cilíndricos para as condições locais. Contudo, é recomendável inclinar o sensor cilíndrico, uma vez que, trabalhos anteriores demonstram que esse pode superestimar a DPM quando instalado na horizontal. A avaliação da variabilidade espacial da DPM demonstrou que essa variável é influenciada pelas condições determinantes do microclima das culturas. O padrão de variação da DPM foi distinto para cada uma das culturas. Na cultura do algodão não foram observadas variações expressivas da DPM. Já no cafeeiro a DPM foi mais longa nas partes baixas da planta, enquanto que na cultura da banana essa foi mais longa no topo da cultura. Foram obtidas boas relações entre a DPM medida sobre gramado e aquela obtida no topo das culturas, demonstrando que é possível estimar tal variável por meio de dados obtidos em posto meteorológico. Os modelos NHUR > 87%, CART e DPO forneceram boas estimativas da DPM com erro absoluto médio variando de 1,4 a 2,8 h nos dois períodos avaliados. Durante a estação seca, os três primeiros modelos tenderam a subestimar a DPM. O modelo do limiar estendido de umidade relativa foi o que apresentou o pior desempenho entre os modelos avaliados, não sendo recomendável sua aplicação para condições semelhantes às deste estudo. / Leaf wetness duration (LWD) is a very important variable for plant disease epidemiology, since it plays an important role in some epidemiological processes. So its determination is essential for the understanding of the climate and plant disease relationship. Therefore, the objectives of this study were: to determine the standard deployment for cylindrical LWD sensors over turfgrass; to assess the spatial variability of this variable in three different crops; to relate the LWD measured at three different crop canopies to that obtained in a weather station; and to compare the LWD estimated by empirical model with that measured by electronic sensors. Before the field assessments, all electronic sensors were painted with white latex paint and submitted to a heat treatment. After this first stage, all cylindrical sensors where installed over turfgrass at 30-cm height deployed facing south. Firstly, all cylindrical sensors were deployed at horizontal in order to assess the variability among them. After that, five different deployment angles were tested. The measurements provided by those sensors were compared with the standard measurement, provided by flat plate sensors at 30-cm height and deployed at 45º. In order to assess the LWD spatial variability, electronic sensors were placed in three different crop canopies: cotton, banana and coffee. The measurements obtained in those crops were compared with LWD measured by flat plate sensors in a standard deployment over turfgrass. LWD were estimated using the following models: NHRH>87%, CART, DPD e extended threshold of relative humidity, for the dry and wet seasons. The measurements provided by cylindrical sensors over turfgrass had good accuracy and precision. The change in the angle of sensor deployment had no effect on LWD measured by cylindrical sensors, for the studied conditions. However, cylindrical sensors should not be deployed at horizontal because previous studies showed that they could overestimate LWD when deployed at horizontal. The LWD spatial variability assessment showed that this variable is dependent on the plant and/or crop conditions, which control the canopy microclimate. The pattern of variation of LWD was different for each crop assessed. In the cotton crop, LWD variations were negligible. On the other hand, in the coffee crop LWD was longer in the lower parts of the canopy while in the banana crop it was longer in the top of the canopy. A good correlation between LWD measured over turfgrass and that obtained in the crop top was achieved, which demonstrates that it is possible to estimate LWD using weather station data. The models NHRH>87%, CART, DPD provided good estimates of LWD with mean absolute error ranging from 1.4 to 2.8 h in both dry and wet periods. During the dry season, those models overestimated the LWD. The extended threshold model had the worst performance in relation to the other models, so it is not advised to use this model for similar climate conditions to this study.

Made available in DSpace on 2017-07-25T19:30:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Khetlen Leitao.pdf: 2075506 bytes, checksum: d0ad97686eccb9958ca4c8b0638f6366 (MD5) Previous issue date: 2011-08-30 / As soil science’s applied techniques and methods advance, questions regarding spatial variability of soil characteristics arise. Using landscape models could help mapping areas with more homogeneous soils. This article’s goal is to investigate how the soil’s features behave in a hogback model in an agricultural area in the Ponta Grossa region in Paraná. In a 110 hectare area, soil samples from 0.0 – 0.2 m and 0.2 –0.4 m deep were collected – 60 samples per layer. The first model of landscape (TROEH, 1965), area was divided into 3 hogback areas, where the landforms were described as Linear (PF1), Concave – Convex (PF2) and Foothill Deposition (PF3). In the second model (DARLYMPLE, 1968) the area was divided into six units of the hypothetical component, which are described as Top (SV1), Shoulder (SV2), Upper Third of the Slope (SV3), Half-slope (SV4), Lower Third the slope (SV5) and Foothill (SV6).The Chemical analysis showed that pH, H+ Al, Al, Ca, Mg, K and P can change, C e CTCe, CTC, SB, V(%), m(%), relations (Ca + Mg), (Ca/Mg) and ((Ca + Mg)/K) and in Granulometry Physics. Data was analyzed by descriptive statistics and variance analysis with comparison of means by Tukey test at 5% probability. Results indicate that the model of landscape (TROEH, 1965) the greatest variation occurred in comparison with landform PF3 (Foothill Deposition) in both depths. As for the model Darlymple (1968) there is greater variation in variables for all six segments at a depth of 0.0-0.2 mm, compared with the total area. In both models studied, the landforms and segments of the strand was possible to verify interaction with the distribution of the elements studied, especially for the variables K, P, CTC, sand and clay. Thus, we conclude that the models can potentially be used for recommendations of tillage zones. / Com avanço de métodos e técnicas aplicadas na ciência do solo, muito se questiona sobre a variabilidade espacial de atributos dos solos. O uso de modelos de paisagem poderia auxiliar no mapeamento de áreas com solos mais homogêneos. Este trabalho objetivou investigar o comportamento de atributos e características do solo em dois modelos de paisagem em uma área agrícola na região de Ponta Grossa, PR. Em uma área de 110 ha fez-se a coleta de amostras de solo de 0 - 200 mm e 200 – 400 mm de profundidade, realizando- se 60 amostras por camada. Para o primeiro modelo de paisagem (TROEH, 1965), a área foi dividida em três unidades de vertentes, sendo as pedoformas descritas como Linear (PF1), Côncavo-Convexo (PF2) e Sopé de Deposição (PF3). No segundo modelo (DARLYMPLE, 1968) a área foi segmentada em seis unidades hipotéticas da vertente, sendo estas descritas como Topo (SV1), Ombro (SV2), Terço superior da encosta (SV3), Meia-encosta (SV4), Terço inferior da encosta (SV5) e Sopé (SV6). Nas análises químicas determinou-se pH, H+ Al, Al, Ca, Mg, K e P trocáveis, C, e com base neste, determinou-se CTC, CTCe, SB, V(%), m(%), relações (Ca + Mg), (Ca/Mg) e ((Ca + Mg)/K), e na física, granulometria. Os dados foram analisados por estatística descritiva e análise de variância com comparação de médias pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. Concluiu-se que a maior variação no modelo de Troeh (1965) ocorreu na superfície geomórfica PF3 (sopé de deposição) nas duas profundidades. Já para o modelo de Darlymple (1968) ocorre maior variação das variáveis, para todos os seis segmentos, na profundidade de 0- 200 mm, quando comparados com a área total. Em ambos os modelos estudados; as pedoformas e segmentos da vertente foi possível verificar interação com a distribuição dos elementos estudados, principalmente para as variáveis K, P, CTC, areia e argila. Assim, conclui -se que os modelos podem potencialmente ser utilizados para recomendações de zonas de manejo.

Dans les analyses d'interaction sol-structure (ISS), la pratique commune en génie civil est de considérer un mouvement uniforme du champ libre à tous les points situés à la surface du sol. Néanmoins, cette considération n'est pas tout à fait réaliste parce que les signaux sismiques sont spatialement différents grâce à l'effet de passage d'ondes, à l'effet de site et aussi aux dispersions et réflexions des ondes qui propagent dans des milieux hétérogènes aléatoires ("incohérence pure"). Ainsi, pour répondre aux problèmes de sécurité des bâtiments et équipements, il est important de faire une analyse d'interaction sol-structure dans la manière plus réaliste. Cela peut être acquis par prendre en compte la variabilité spatiale du champ sismique dans les études d'ISS. Un grand nombre d'études dans la littérature montrent que la prise en compte de la variabilité spatiale du champ sismique dans les études d'ISS peut avoir des effets importants sur la réponse de structures. L'incohérence spatiale du champ sismique due aux dispersions et réflexions des ondes (incohérence pure) peut généralement être modélisée pour ce genre d'études dans le cadre probabiliste par une fonction de cohérence. Le but principal des études réalisées dans cette thèse de doctorat est de construire une description stochastique de la variabilité spatiale du champ sismique par un modèle de cohérence. Ce modèle devrait avoir une relation avec les propriétés physiques et statistiques de milieux considérés. En s'appuyant sur les analyses théoriques de la propagation des ondes sismiques dans des milieux hétérogènes aléatoires, les analyses des données expérimentales obtenues par des enregistrements sur des sites sismiques, ainsi que sur les modélisations numériques de propagation des ondes sismiques dans des milieux hétérogènes aléatoires, un modèle de cohérence est validé dans le cadre des études de cette thèse de doctorat pour représenter la variabilité spatiale du champ sismique dans les études d'interaction sol-structure. L'influence de la variabilité spatiale du champ sismique sur la réponse de structure est également analysée. / In seismic soil-structure interaction studies (SSI), the common practice in Civil Engineering is to consider a uniform movement of free field at any point on the ground surface. However, that assumption is not completely realistic since the seismic ground motions can vary spatially due to wave passage effects, dispersions and reflections of wave propagating in the random heterogeneous media "pure incoherence" and site effects. Therefore, in order to increase the security of buildings and equipment, it is important to do an analysis of seismic soil-structure interactions in the most realistic way. This can be achieved by taking into account the spatial variability of seismic ground motions. Several studies in the literature show that taking into account the spatial variability of seismic ground motions in SSI analyses can have remarkable effects on the structural responses. The spatial incoherence of seismic ground motions due to dispersions and reflections of wave "pure incoherence" can generally be modelled in such analysis by a "coherency function" in frequency domain. The principal goal of this Ph.D thesis is to construct a stochastic description of spatial variability of seismic ground motions by means of coherency functions. Accurately, it aims to propose a parametrical coherency model of spatial variability of seismic ground motions. This later should be related to some physical and statistical properties of the soil at the application sites so that it can be applied in any types of sites. Based on theoretical considerations on coherency of seismic wave propagation in random heterogeneous media, on experimental data analyses, and on numerical modelling of seismic wave propagation in random heterogeneous media, a coherency model is validated and proposed for the analyses of soil-structure interactions. The influence of spatial variability of seismic ground motions on the structural responses are also pointed out by using the validated coherency model.

Devido à existência de variabilidade espacial nos fatores que afetam o desenvolvimento do algodoeiro, faz-se necessário investigar a hipótese de que existem diferenças na dose de máximo retorno econômico da aplicação de nitrogênio (N) em cobertura e de fitorreguladores em áreas de cultivo de algodão. Assim, esse trabalho teve como objetivo investigar o potencial da utilização de sensores ativos de dossel para detecção da variabilidade espacial do desenvolvimento das plantas e da nutrição nitrogenada existente em áreas de produção de algodão, bem como estabelecer estratégias de gestão da variabilidade com o uso de taxas variáveis na adubação nitrogenada de cobertura e na aplicação de fitorreguladores no algodoeiro. Foram conduzidos experimentos em áreas comerciais de cultivo do algodoeiro localizadas em Chapadão do Céu - GO nas safras 2012/2013 e 2013/2014 e em Campo Verde - MT na safra 2014/2015. Avaliou-se o desempenho de dois modelos de sensores ativos de dossel em predizer a altura de plantas e o acúmulo de biomassa e N no algodoeiro, considerando dois sistemas de produção (espaçamento convencional e adensado) e vários estádios de desenvolvimento da cultura. Foram instaladas parcelas para calibração das curvas de dose resposta do algodoeiro ao nitrogênio em cobertura em diferentes condições de desenvolvimento da cultura relacionadas a variações no solo ou no histórico de produtividades no interior do talhão. Com base nos resultados dos experimentos foram desenvolvidos e validados algoritmos para aplicação em taxas variáveis de N e fitorreguladores, adotando-se o conceito de experimentos em nível de fazenda, com o modelo estatístico considerando a condutividade elétrica do solo como uma covariável e uma matriz de variância-covariância espacial, que foi ajustada pelo método da máxima verossimilhança. O desempenho geral dos sensores foi satisfatório, sendo capazes de predizer a altura de plantas e o acúmulo de biomassa e N no algodoeiro com valores de R2 acima de 0,90. Observou-se interação significativa com o espaçamento das fileiras e a fase de desenvolvimento da cultura, com performance inferior em situações de pequena variabilidade na cultura ou de acúmulo de biomassa muito grande. A resposta do algodoeiro ao nitrogênio aplicado em cobertura variou de acordo com as condições de cultivo de cada experimento. Maiores respostas foram observadas em áreas de médio e baixo potencial produtivo, existindo talhões e partes de talhões em que a aplicação de N não proporcionou incremento de produtividade, enquanto que em outras áreas observou-se aumento de produtividade expresso por uma relação quadrática entre a dose aplicada e a produtividade. No talhão com as maiores diferenças, a dose de máximo retorno econômico foi de 0 kg ha-1 na região de alto potencial produtivo, 165 kg ha-1 na região de médio potencial produtivo e 280 kg ha-1 na região de baixo potencial produtivo. Na análise dos experimentos em nível de fazenda, o melhor ajuste foi obtido no modelo que considera a dependência espacial dos resíduos, evidenciando que em experimentos dessa dimensão não se deve assumir que os princípios da estatística clássica são sempre satisfeitos. Em três áreas não foram observadas diferenças significativas entre a aplicação do N em cobertura em taxa fixa ou usando os algoritmos para aplicação em taxa variável, devido à homogeneidade da área e da interferência de outros fatores. Em uma das áreas observou-se vantagem para a aplicação em taxas variáveis usando o algoritmo que recomenda aplicação de maiores doses de N nos locais em que as plantas apresentam menor desenvolvimento vegetativo, com produtividade cerca de 100 kg ha-1 que a aplicação em taxa fixa e cerca de 300 kg ha-1 superior à obtida com a aplicação em taxas variáveis usando o algoritmo que recomenda aplicação de maiores doses de N nos locais em que as plantas apresentam-se mais vigorosas. A aplicação de fitorreguladores em taxas variáveis não apresentou efeito significativo na produtividade de algodão em caroço, entretanto o volume consumido dos produtos foi em média 18% menor na aplicação em taxa variável, principalmente em função das áreas que não foram aplicadas por apresentarem desenvolvimento vegetativo reduzido. / Due to the existence of spatial variability in factors affecting cotton development, it is necessary to investigate the hypothesis that there are differences in the economic optimum fertilizer rates of top dressing nitrogen (N) and plant growth regulators (PGR) applications in cotton fields. Thus, the objective of this study was to investigate the potential of using active crop canopy sensors to detect the spatial variability of plant development and nitrogen nutrition in cotton fields and to establish strategies for managing spatial variability using variable rate technology to apply N and PGR in cotton. We conducted experiments in commercial cotton production fields located in the state of Goiás, in 2012/2013 and 2013/2014 seasons, and in the state of Mato Grosso, in 2014/2015 season. We evaluated the performance of two models of active crop canopy sensors to predict the height of plants and the accumulation of biomass and N in cotton, considering two production systems (conventional and narrow row spacing) and various growth stages. Within-field variations in the response curve to the increasing doses of nitrogen was evaluated under different crop development conditions related to variations in soil and historical yields. Based on the results of the experiments we developed and validated algorithms for variable rate application of N and PGR, using on-farm experiments. The statistical model considered the soil electrical conductivity as a covariate and a spatial variance-covariance matrix, which was adjusted by maximum likelihood. The overall performance of the sensors was satisfactory, predicting the height of plants and the accumulation of biomass and N in cotton with R2 values above 0.90. There was a significant interaction with the row spacing and the development stage of the crop, with lower performance in situations of low variability or very large biomass accumulation. The cotton response to top dressing nitrogen varied according to growing conditions of each experiment. Major responses were observed in areas of medium and low yield potential. There were fields and plots within fields in which the application of N did not increased yields, while in other areas there was a quadratic relationship between the dose applied and yield. In the field with the biggest differences, the economic optimum fertilizer rates of top dressing N was 0, 165 and 280 kg ha-1 in the high, medium and low yield potential zones, respectively. In the analysis of on-farm experiments, the best fit was obtained in the model that considered the spatial dependence of the residues, showing that experiments of this size we should not assume that the principles of classical statistics are always satisfied. In three areas, there was no significant differences between the application of N in fixed rate or using the algorithms for variable rate application, due to the homogeneity of the areas and the interference of external factors. In one of the areas, there was an advantage for application at variable rates using the algorithm that recommends application of higher doses of N in places where the plants have low vegetative development. The yields were about 100 kg ha-1 higher than the application of a fixed rate and 300 kg ha-1 higher than that obtained with the application of variable rates using the algorithm that recommends applying higher doses of N in places where the plants were more vigorous. The variable rate application of PGR had no significant effect on cottonseed yield, however the amount of products used was on average 18% lower in the variable rate application, mainly due to the not applied areas.

A população de plantas é um dos fatores que impacta fortemente na produtividade da cultura do milho (Zea mays); justá-la localmente é uma das estratégias para gerenciar a variabilidade das lavouras e otimizar o uso de recursos do ambiente que não estão sob o controle do produtor rural, como o tipo de solo e a capacidade de retenção de água. O objetivo desse estudo foi investigar a produtividade de híbridos de milho submetidos à semeadura em taxas variáveis (STV) em unidades de gestão diferenciada (UGD). Foi utilizado o total de dez híbridos de milho testados em cinco níveis de populações de plantas a partir da população regularmente recomendada (60%, 80%, 100%, 120% e 140%). Foram conduzidos cinco experimentos em talhões comerciais entre os anos de 2012 e 2015, no Brasil, na região Centro-Oeste (Maracajú -MS), durante a segunda safra de verão (safrinha) e na região Sul (Piraí do Sul - PR), durante a safra de verão. A pesquisa foi dividida em duas etapas principais: (1) delimitação das UGD e (2) implantação dos experimentos em faixas variando híbridos e população de plantas ao longo das UGD. Foram utilizados mapas históricos de produtividade (MP), mapa de condutividade elétrica do solo (CE) e mapa de altitude como atributos que deram origem às UGD. Dois métodos distintos de agrupamentos foram analisados: o método de \"cluster\" por \"K-means\" e o método pela média normalizada. As análises das UGD foram realizadas com base na estatística descritiva. Os experimentos em faixas tiveram os dados de produtividade referentes aos híbridos, população e UGD submetidos às análises de variância pelo F-teste e ANOVA e análise de regressão em função dos níveis de população de plantas por área. Foi possível discriminar, através das UGD, diferentes níveis de produtividade, CE do solo e concentração de nutrientes (CE, pH, CTC Efetiva, Argila, Areia, V%, M.O, e K), indicando que os procedimentos utilizados nesse estudo para a definição de UGD foram eficientes. O método de formação de UGD pela média normalizada proporcionou maior homogeneidade interna das UGD comparativamente ao método de \"Cluster K-means\". A qualidade da distribuição longitudinal medida pelo espaçamento entre plantas (indicador da efetividade dos níveis de população) variou de 81% a 90% de espaçamentos aceitáveis entre os locais avaliados. A análise de variância foi significativa (P<0,05) para interação tripla entre híbridos, população de plantas e UGD assim com as regressões foram significativas e os melhores modelos tiveram ajuste quadrático para população e produtividade na área da região Centro-Oeste - MS. Nas áreas da região Sul os experimentos não foram significativos. A população de plantas ótima pode diferir em até 5743 pl ha-1 entre as diferentes UGD dentro de um mesmo talhão. Quanto menor a média de produtividade do talhão, mais restritiva é a faixa de população ótima. No entanto, não há uma recomendação simples a respeito da população de plantas ótima para cada UGD. / Plant population per unit area is one of the most important aspects under the farmer\'s control that can influence maize grain yield. As the availability of resources for the growth of plants (like water availability and soil attributes) are not uniform along the fields, and considering the unfeasibility to change the environment setting, plant population per area is a key aspect under the farmer\'s control to optimize the use of these resources. This study aims to carry a comprehensive study of the strategy of variable rate seeding (VRS) within zones of distinct resource availability (management zones - MZ). A seasonal experimental design was set consisting in selecting ten different hybrids and five ranks of plant populations starting with a local recommended seeding rate and offsetting it in 40% and 20% below and above this reference. Five field experiments were conducted in commercial fields from 2012 to 2015 in two regions with distinct growing seasons in Brazil. In the Midwest region (Maracaju - MS) where corn is grown as a secondary crop following soybean within one season, and in the Southern region (Piraí do Sul - PR) where corn is grown as primary crop during the summer season; both under rain fed and no-tillage system. This research was split into two main stages: (1) definition of management zones (MZ) within agricultural fields and (2) implementation of strip tests varying hybrids and plant populations across MZ. The attributes used to delineate MZ were soil electrical conductivity (EC), yield maps (YM) and elevation. Two methods were analyzed to delineate MZ: cluster K-means and standardized average. MZ were analyzed by descriptive statistics. On the experimental data gathered from each seasonexperiment, yield of the hybrids, plant density and MZ were submitted to analysis of variance by F-test, ANOVA and regression analysis. MZ were able to differentiate levels of yield, and soil properties (EC, pH, Effective CTC, clay, sand, V%, MO, and K), suggesting that the procedures to define MZ used in this study were efficient. The standardized average provides greater internal homogeneity of MZ compared with the Cluster K-means. The quality of regular spacing between plants (indicator of seed rate quality) was 90% to 81% at all locations. The analyses of variance were significant (P < 0.05) for triple interaction between hybrids, plant population, and for the MZ at the Midwest region. For fields studied in the South the tests were not significant. The optimal plant population at the Midwest region can vary by up to 5743 pl ha-1 across MZ within the same field. Lower yield averages have a narrow optimal plant population interval. However, there is no simple recommendation regarding the optimal plant population across MZ.

Na cultura da cana-de-açúcar, a colheita é realizada por uma colhedora que efetua o corte e processamento do produto colhido ao longo de uma (ou duas) fileira (s) da cultura estabelecida. Neste processo, dados obtidos por monitor de produtividade, quando existentes, fornecem informações com diferentes utilidades. Métodos existentes para o processamento de dados de produtividade utlizados atualmente foram desenvolvidos para conjuntos de dados de produtividade de grãos e quando aplicados a um conjunto de dados de produtividade de cana-de-açúcar podem eliminar dados com variações reais de produtividade dentro da fileira. O objetivo deste trabalho é desenvolver métodos que busquem identificar e remover dados errôneos, em pós-processamento, do conjunto de dados gerados por monitor de produtividade para caracterização das pequenas variações de produtividade dentro de uma fileira de cana-de-açúcar. A identificação de dados discrepantes do conjunto de dados utilizando método estatístico por quartis e uma filtragem comparando valores de produtividade usando somente dados de uma única passada da colhedora foi proposto. Foram utlizados quatro conjunto de dados de produtividade gerados por dois monitores. O monitor de produtividade 1 registrou os dados a uma frequência de 0,5 Hz e o monitor de produtividade 2 a uma frequência de 1 Hz. Foram encontrados dados errôneos gerados devido ao tempo de sincronização entre a colhedora e o conjunto transbordo durante as manobras de cabeceira e durante a troca do conjunto de transbordo. Também foram encontrados dados durante a manobras da colhedora, onde o monitor registrou dados com produtividade zero e nulas. Foram simuladas diferentes frequência de registro de dados com objetivo de verificar se a densidade de dados fornecida pelo monitor influência na caracterização de pequenas variações nos valores de produtividade dentro da passada. Os conjuntos de dados de produtividade gerados por diferentes tipos de monitores demostraram a necessidade de pós-processamento para remoção devalores de produtividades discrepantes. A metodologia desenvolvida neste trabalho foi capaz de identificar e eliminar os dados errôneos dos conjuntos de dados analisados. A metodologia de filtragem de dados considerando somente dados dentro de uma única passada da colhedora de cana-de-açúcar proporcionou a caracterização da variação de valores de produtividade em pequenas distâncias. / In the sugarcane crop, a harvest is performed by a harvester who cuts and processes the product harvested along one (or two) row (s) of the established crop. In this process, data from yield monitor, when applicable, provide information with different utilities. Existing methods for processing yield data currently used have been developed for datasets of yield grain and when applied to a sugarcane yield dataset can eliminate data with actual variations of yield within the row. The objective of this work is to develop methods that seek to identify and remove erroneous data, in post-processing, from the data set generated by yield monitor to characterize the small variations of yield within a row of sugarcane. The identification of outliers from the data set using statistical method for comparing quartiles and filtering yield values using only data from a single past the harvester has been proposed. Assay were utilized four yield dataset generated by two monitors. The yield monitor 1 recorded data at a frequency of 0.5 Hz and the yield monitor 2 at a frequency of 1 Hz. Erroneous data were found in the data set generated due to the time of synchronization between the sugarcane harvester and the transportation of chopped sugarcane during the headland turns and during the exchange of the transportation of chopped sugarcane during harvest. Were also found during the headland turns of the sugarcane harvester, where the yield monitor recorded data with values of yield zero and void. It was simulated different frequency of recording data with the objective of verifying if density of data provided by the monitor influences in the characterization of small variations in the yield values within the path. The yield data sets generated by different types of displays have demonstrated the need for post-processing to remove outliers in the yield dataset. The methodology developed in this study was able to identify and eliminate erroneous data sets analyzed data. Data filtering methodology considering only data within a single pass of the sugarcane harvester provided to characterize the variation in yield values over short distances.

Com a crescente adoção da agricultura de precisão, há uma busca por informações mais detalhadas da variabilidade espacial dos solos em escalas que viabilizem um manejo diferenciado da área de produção. Entretanto, o custo das análises de solo é sem dúvida um dos principais entraves para obtenção dessas informações. A adoção do geoprocessamento, utilizando-se o sensoriamento remoto, GPS e sistemas de informações geográficas para caracterização de solos e quantificação de seus atributos, é um desafio que vem sendo buscado por vários pesquisadores por ser uma tecnologia alternativa de avaliação do solo, podendo ser mais barata, rápida e com menor impacto ambiental. Contudo, como qualquer tecnologia de ponta, ela deve ser devidamente testada e ajustada para os mais diversos tipos de solos e regiões. Para tanto, foram escolhidas áreas localizadas na região de São Carlos e Ibaté, São Paulo, tendo os seguintes objetivos: (i) caracterizar o comportamento espectral de solos por sensores terrestre (FieldSpec) e orbital (ASTER); (ii) determinar alterações no comportamento espectral dos solos ao longo de diferentes toposseqüências; (iii) gerar modelos de quantificação de atributos químicos e granulométricos dos solos a partir de sua radiação eletromagnética e (iv) caracterizar os solos da região conforme a altitude e declividade do terreno utilizando-se técnicas de sistema de informações geográficas. Para isso foram coletadas amostras no campo e realizado o mapeamento da área. As amostras foram avaliadas por diferentes sensores e correlacionou-se seus atributos com a reflectância. Desta forma, modelos espectrais de atributos dos solos foram elaborados. O mapa de solos elaborado foi cruzado com informações de declive e altitude para sua caracterização. Verificou-se que os atributos granulométricos e a matéria orgânica possuem uma grande influência no comportamento espectral dos solos. Verificou-se também, que solos localizados em cotas mais elevadas do relevo apresentam maior intensidade de reflectância do que os situados em posições inferiores, devido à variação do material de origem da referida região. As correlações entre os atributos e os dados espectrais do solo indicam uma tendência de aumentar o coeficiente de correlação em maiores comprimentos de onda. Os modelos elaborados para quantificação dos atributos granulométricos resultaram em valores estimados muito próximos dos determinados pelas análises convencionais (argila: R² = 0,69). Em escalas regionais há uma tendência de ocorrência de determinadas classes de solo em altitudes e declividades similares. Na área estudada, por exemplo, o Latossolo Amarelo foi encontrado predominantemente nas cotas mais altas (815-835 m) e em relevo plano (1-3 %). Conclui-se que a partir de informações de declividade e elevação da área, a extrapolação pedológica em locais sem apoio de campo deve ser feita com cautela. / With the increasing in adoption of precision agriculture, there is a need more detailed information about soil spatial variability in order to make possible a better management of crop fields. However, the cost of soil chemical analysis is the most important obstacle to obtain this information. The use of geoprocessing techniques, such as remote sensing, GPS and geographic information system, for soil characterization and quantification of their attributes is a challenge pursued for several researchers because it is an alternative technology for soil evaluation that can be cheaper, faster, and with lower environmental impact. Nevertheless, like any new technology, it must be tested and adjusted with different soil types located in different areas. For this research, two areas were chosen: São Carlos and Ibaté, São Paulo region, with the following objectives: (i) characterize the soil spectral response using terrestrial (FieldSpec) and orbital (ASTER) sensors; (ii) determine the changes on soil spectral response across different toposequences; (iii) generated models to quantify soil chemical and granulometric attributes based on its electromagnetic radiation and (iv) characterize the soil in conformity with altitude and slope using geographic information system techniques. Soil samples were collected and a soil map was developed. Soil samples were analyzed by both sensors and their attributes was correlated with spectral reflectance. Then spectral models were developed to quantify soil attributes. Soil map was crossed with declivity and elevation information for characterization. It was verified that the granulometric and organic matter attributes have a great influence on soil spectral response. It was verified that soils located in higher altitudes presented higher reflectance intensity than those located in lower positions due to the variation on parent material. The correlations between soil attributes and spectral data showed a tendency to increase the correlation coefficient at higher wavelengths. The models elaborated to quantify the granulometric attributes resulted in estimated values very close to the determined by conventional laboratory analysis (clay content: R² = 0.69). In regional scale there is a tendency of some soil classes occur at similar altitudes and slope. For example, the Typic Haplustox was found predominant at higher altitudes (815-835 m) and plan relief (1-3%). It was possible to conclude that based on information about slope and altitudes for this area, the pedologic extrapolation in new areas without field work should be done with caution.