O radioisótopo cosmogênico \'ANTPOT.7Be\' é produzido por interações de partículas cósmicas com átomos da atmosfera, e vem sendo usado como traçador em estudos de erosão do solo e de processos climáticos. Após a formação, o \'ANTPOT.7Be\' liga-se as partículas dos aerossóis presentes na atmosfera e é depositado na superfície terrestre com outras espécies de isótopos cosmogênicos pelas chuvas. Devido à grande afinidade com as partículas do solo e a meia vida curta de 53,2 dias, este radioisótopo acompanha os processos erosivos do solo e pode ser usado como traçador para estimar taxas de erosão e deposição de sedimentos durante um evento de chuva isolado ou conjunto de eventos de chuva erosivos de curta duração. Uma hipótese fundamental para a avaliação da redistribuição do solo através do \'ANTPOT.7Be\' é a uniformidade da distribuição espacial do seu fallout. O método do \'ANTPOT.7Be\' foi elaborado recentemente e por isso aplicado em poucas situações, de forma que muitos assuntos em relação ao método ainda não foram propriamente estudados, e algumas hipóteses, como da uniformidade do fallout do \'ANTPOT.7Be\', precisam ser avaliadas. O principal objetivo deste estudo foi avaliar a distribuição espacial do fallout do \'ANTPOT.7Be\' analisando-se as atividades dos 5 mm iniciais da água da chuva de eventos isolados. Os eventos de chuva foram amostrados em doze pontos de coleta distribuídos em uma área experimental de aproximadamente 300 m² e localizada no campus da Universidade de São Paulo, em Piracicaba. As medidas de atividade do \'ANTPOT.7Be\' foram realizadas em um espectrômetro gama de eficiência relativa de 53%, pertencente ao laboratório de Radioisótopos do CENA. As atividades de \'ANTPOT.7Be\' na água da chuva dos eventos no período estudado variaram de 0,26 e 1,81 Bq.L-1, com as maiores atividades obtidas no verão e as menores na primavera. A variabilidade espacial das atividades na água da chuva apresentou valor elevado em cada um dos 5 eventos isolados, evidenciando a alta aleatoriedade da distribuição espacial dos valores de atividade. Através de uma simulação com os dados de variabilidade espacial obtidos neste trabalho e de inventários de referência citados na literatura, determinou-se a taxa de erosão mínima detectável pelo método do \'ANTPOT.7Be\'. Verifica-se a importância em se considerar um número representativo de amostras no levantamento do inventário médio de referência do \'ANTPOT.7Be\' no solo, essencial para precisão dos resultados de taxas de redistribuição do solo pelo método / The cosmogenic radionuclide beryllium-7 (\'ANTPOT.7Be\') is produced in the atmosphere by cosmic particle reactions and is being used as a tracer for soil erosion and climatic processes research. After the production, \'ANTPOT.7Be\' bonds to aerosol particles in the atmosphere and is deposited on the soil surface with other radionuclide species by rainfall. Because of the high adsorption on soil particles and its short half-life of 53.2 days, this radionuclide follows of the erosion process and can be used as a tracer to evaluate the sediment transport that occurs during a single rain event or short period of rain events. A key assumption for the erosion evaluation through this radiotracer is the uniformity of the spatial distribution of the \'ANTPOT.7Be\' fallout. The \'ANTPOT.7Be\' method was elaborated recently and due to its few applications, some assumptions related to the method were not yet properly investigated yet, and the hypothesis of \'ANTPOT.7Be\' fallout uniformity needs to be evaluated. The aim of this study was to evaluate the \'ANTPOT.7Be\' fallout spatial distribution through the rain water \'ANTPOT.7Be\' activity analysis of the first five millimeters of single rain events. The rain water was sampled using twelve collectors distributed on an experimental area of about 300 m², located in the campus of São Paulo University, Piracicaba. The \'ANTPOT.7Be\' activities were measured using a 53% efficiency gamma-ray spectrometer from the Radioisotope laboratory of CENA. The \'ANTPOT.7Be\' activities in rain water varied from 0.26 to 1.81 Bq.L-1, with the highest values in summer and lowest in spring. In each one of the 5 single events, the spatial variability of \'ANTPOT.7Be\' activity in rain water was high, showing the high randomness of the fallout spatial distribution. A simulation using the \'ANTPOT.7Be\' spatial variability values obtained here and \'ANTPOT.7Be\' average reference inventories taken from the literature was performed determining the lowest detectable erosion rate estimated by \'ANTPOT.7Be\' model. The importance of taking a representative number of samples to determine the average reference \'ANTPOT.7Be\' inventory was verified, which is essential to improve the precision of the soil redistribution rate estimates

O conhecimento da probabilidade de ocorrência de precipitações é de grande importância para o planejamento de atividades como produção agrícola, sistemas de abastecimento de água e geração de energia. Neste sentido, a análise regional de freqüências se apresenta como uma ferramenta para a redução de incertezas na estimativa das probabilidades, podendo também diminuir a dimensionalidade das informações. Desta forma, esta pesquisa tem por objetivo estudar uma metodologia para análise regional de freqüências, aplicada à precipitação, na qual se admite que as séries que formam uma região homogênea seguem uma mesma distribuição, que dispensa a utilização de fatores de escala locais, e que seus parâmetros podem ser satisfatoriamente estimados pela média dos parâmetros de ajuste das séries locais. Para compor a metodologia foi construído um teste de homogeneidade regional e um teste para avaliar a qualidade do agrupamento, que leva em consideração os objetivos da análise. Os dois testes citados e a verificação da qualidade da obtenção da distribuição regional pela média dos parâmetros locais foram baseados na medida da máxima diferença de probabilidades entre duas séries e no teste de aderência de Kolmogorov-Smirnov (KS), auxiliando, então, numa melhor compreensão dos resultados, já que esse teste é referência na avaliação da qualidade do ajuste de funções probabilísticas. Como estudo de caso, a metodologia foi aplicada na análise de precipitações totais mensais e anuais no Rio Grande do Sul e em Santa Catarina, utilizando-se o método de agrupamento difuso Fuzzy CMeans para identificação das regiões. Verificou-se que o modelo de obtenção da distribuição regional proposto é satisfatório, embora necessite de um fator de correção para a distribuição Gama. O teste de aderência regional mostrou-se bastante útil para orientar a ponderação das variáveis e para auxiliar na determinação do melhor número de regiões, o que foi comprovado pelo alto grau de homogeneidade verificado, mesmo antes de serem aplicados ajustes nas regiões resultantes do agrupamento. Constatou-se ainda que a utilização dos graus de pertinência não produziu resultados satisfatórios para fazer estimativas pontuais e pouco contribuiu para a realização de ajustes no agrupamento. Todavia, o ajuste do modelo de alocação para novos pontos, através da matriz de pertinência, apresentou bons resultados, embora ainda seja necessária sua verificação em situação real. A análise regional da área de estudo resultou em nove regiões, que foram consideradas heterogêneas em apenas dois dos 117 períodos avaliados. Além disso, a partir do teste KS ( = 20%), verificou-se que as distribuições regionais se mostraram válidas para 97,8% das séries, confirmando a possibilidade de utilizar a distribuição regional, sem a necessidade dos fatores de escala locais. / Information on rainfall probability are helpful for some activities planning including agriculture, water supply and hydropower generation. For such purpose, the regional frequency analysis is a powerful tool to reduce uncertainties in probabilities estimation and also information’s dimension. This research evaluates the possibility of taking rainfall regional frequency analysis considering that in a homogeneous region the site frequency distributions are identical, setting aside local scaling factors, and that its parameters may satisfactorily be estimated by average parameters of local series fitting. To address such goals, the methodology consisted of elaborating a regional homogeneity test and a test to assess the cluster quality. Both tests and the assessment over the regional distribution quality were based on the maximum probability differences between two series and on the Kolmogorov-Smirnov test (KS). As a case study, the methodology was applied on Rio Grande do Sul and Santa Catarina States monthly and annual precipitation data, using clustering method Fuzzy CMeans for identification of regions. It was verified that the regional distribution model is satisfactory, although it needs a correction factor for Gamma distribution. The test of regional adherence was useful to guide the variables weighting and to help on the determination of the optimum number of regions, once a high degree of homogeneity was obtained, even before the application of adjustments on the resultant regions from the cluster analysis. The use of membership degrees was not satisfactory on estimating at-site features and resulted on low contribution for cluster adjustments. However, the allocation model fitting for new points presented good results, though a real case assessment is still required. The regional analysis resulted in nine regions, which were heterogeneous in only two of the 117 evaluated periods. Moreover, from the KS test ( = 20%), it was verified that the regional distributions were valid for 97.8% of the series, confirming the possibility to use regional distribution, without any local scaling factor.

Este trabalho investiga o uso e a adequação de uma abordagem estocástica para o processo de avaliação de risco à saúde humana devido à ingestão de água subterrânea contaminada. A referida abordagem estocástica se caracteriza pela representação da variabilidade espacial e das incertezas associadas à condutividade hidráulica do meio poroso. A metodologia proposta é ilustrada através de um estudo de caso. Em função da metodologia utilizada, a avaliação de risco fornece, como resultado, uma informação adicional ao tomador de decisão, uma vez que são estimados o risco e a sua chance de ocorrência. Deste modo, o conceito de risco passa a ter uma conotação mais abrangente, já que o mesmo é expresso por duas dimensões: a conseqüência e a sua probabilidade associada. A execução deste trabalho exigiu o estudo e o desenvolvimento dos seguintes tópicos: - Geração de campos aleatórios bidimensionais de condutividade hidráulica, usando o método de Simulação Gaussiana Seqüencial (SGS). - Implementação computacional de um modelo numérico de fluxo permanente unidimensional em meio poroso não saturado. - Implementação computacional de um modelo numérico de transporte de contaminantes unidimensional em meio poroso não saturado sob regime de fluxo permanente. - Implementação computacional de um modelo numérico de fluxo permanente tridimensional em meio poroso saturado. - Implementação computacional de um modelo numérico de transporte de contaminantes tridimensional em meio poroso saturado sob regime de fluxo permanente. O modelo numérico de fluxo permanente unidimensional em meio poroso não saturado foi baseado no conceito de continuidade e no uso da equação de Darcy para meios porosos, particularizados para o caso de regime permanente. O principal objetivo do desenvolvimento do referido modelo foi a obtenção de curvas de saturação e de carga hidráulica para utilização no modelo de transporte de contaminantes unidimensional em meio poroso não saturado. O modelo numérico de transporte de contaminantes unidimensional em meio poroso não saturado foi baseado na equação clássica de advecção-difusão utilizada para descrever o transporte de contaminantes em meio poroso não saturado, particularizada para as hipóteses de regime permanente, substância não reativa, equilíbrio local e relação linear entre as concentrações na fase sólida e na fase aquosa. O modelo numérico de fluxo permanente tridimensional em meio poroso saturado foi também baseado no conceito de continuidade e no uso da equação de Darcy para meios porosos, particularizados para o caso de regime permanente. Do ponto de vista de implementação computacional, o modelo foi desenvolvido tendo como inspiração a versão original do modelo MODFLOW. O principal objetivo do desenvolvimento do referido modelo foi a obtenção dos campos de velocidades para utilização no modelo de transporte de contaminantes tridimensional em meio poroso saturado. O modelo numérico de transporte de contaminantes tridimensional em meio poroso saturado foi baseado na equação clássica de advecção-dispersão usada para descrever o transporte de contaminantes em meio poroso saturado, particularizada para as hipóteses de regime permanente, substância não reativa, equilíbrio local e relação linear entre as concentrações na fase sólida e na fase aquosa. O modelo computacional adota o método das características modificado (MMOC) para a solução da equação de transporte. Os resultados obtidos pelos modelos computacionais desenvolvidos foram comparados a soluções analíticas e a soluções fornecidas por outros modelos disponíveis no mercado e o desempenho foi considerado satisfatório. O objetivo principal do desenvolvimento dos modelos foi o de se ter acesso e controle do código-fonte para criar versões que permitissem múltiplas execuções com diferentes campos de condutividade hidráulica. O estudo de caso analisado neste trabalho se caracteriza pela existência de uma lagoa, utilizada no passado como destinação final de efluentes líquidos provenientes de uma indústria. O uso da lagoa como área de descarte dos efluentes implicou em sedimentação de finos e resíduos do processo produtivo no fundo da lagoa, gerando uma fonte de contaminação da água subterrânea. Do ponto de vista da avaliação de risco, quando considerada a água subterrânea como caminho de exposição, foram estabelecidos dois cenários: cenário 01 (estação chuvosa) e cenário 02 (estação seca). No caso do cenário 01 (estação chuvosa), a contaminação da água subterrânea se dá através da contribuição da lagoa para o aqüífero em razão da diferença de carga hidráulica entre os dois. No caso do cenário 02 (estação seca), continua existindo a contribuição da lagoa para aqüífero, mas em uma área menor, em função da retração da lagoa na estação seca. A área correspondente ao solo exposto com a retração da lagoa continua contribuindo como fonte de contaminação, mas agora devido à recarga do aqüífero. Os resultados da avaliação de risco mostraram uma probabilidade de excedência do limite para o risco de 1 x 10-6 (um caso adicional de câncer em uma população de um milhão de pessoas) de 4,9 %, para o cenário 01, e de 17,4 %, para o cenário 02, considerando-se o receptor mais afetado. Estes resultados constituem o ponto central do desenvolvimento da presente tese, já que conferem uma dimensão a mais ao risco estimado. Portanto, verificou-se que o cenário 02 representou uma condição mais crítica do que o cenário 01. Foram comparadas duas abordagens estocásticas distintas em termos de representação da variabilidade espacial da condutividade hidráulica, considerando-se a estação chuvosa (Cenário 01). A primeira abordagem considera o meio heterogêneo e a segunda abordagem considera o meio homogêneo. Os resultados obtidos mostraram que a consideração de meio homogêneo resultou em uma subestimativa do risco em comparação à condição de meio heterogêneo. Em comparação a outros estudos já realizados relativos à questão da integração do conceito de análise de incerteza na propagação do contaminante com a avaliação do risco à saúde humana, este estudo apresenta algumas importantes diferenças, destacando-se principalmente: a natureza do estudo de caso; a análise do fluxo e transporte no meio não saturado; a geração de simulações condicionadas dos campos aleatórios de condutividade hidráulica; e a comparação direta entre duas abordagens estocásticas distintas quanto à variabilidade espacial da condutividade hidráulica. / This work investigates the use and adequacy of a stochastic approach to the process of human health risk assessment due to ingestion of contaminated groundwater. Such approach is characterized by the representation of spatial variability and uncertainty related to the hydraulic conductivity of the porous medium. The proposed methodology is illustrated with the presentation of a real case study. As a consequence of the proposed methodology, the risk assessment provides additional information to the decision-makers, once it estimates not only the risk but also its chance of occurrence. Thus, the concept of risk is represented by a broader meaning, as it is expressed by two dimensions: the consequence and its related probability. The present work required the study and development of the following: - Simulation of two-dimensional random hydraulic conductivity fields, using the Sequential Gaussian Simulation Method (SMS). - Computational implementation of a 1-dimensional steady-state unsaturated flow numerical model. - Computational implementation of a 1-dimensional contaminant transport numerical model for the vadose zone, assuming steady-state flow. - Computational implementation of a 3-dimensional steady-state saturated flow numerical model - Computational implementation of a 3-dimensional contaminant transport numerical model for the saturated zone, assuming steady-state flow. The 1-dimensional unsaturated flow model was based on the mass conservation and Darcy's equation for porous media, simplified by the steady-state flow hypothesis. The model was mainly developed to obtain saturation curves and hydraulic heads to be used as input to the contaminant transport model for the vadose zone. The 1-dimensional contaminant transport model for the vadose zone was based on the classical advection-diffusion equation, used to describe the contaminant transport in unsaturated porous media, assuming the hypotheses of steady-state flow, non-reactive substance, local equilibrium, and linear relationship between the concentrations in solid and aqueous phases. The 3-dimensional saturated flow model was also based on the mass conservation and Darcy's equation for porous media, simplified by the steady-state flow hypothesis. From the viewpoint of computational implementation, the model was developed taking as inspiration the MODFLOW original version. The model was mainly developed to obtain the velocity fields to be used as input to the contaminant transport model for the saturated zone. The 3-dimensional contaminant transport model for the saturated zone was based on the classical advection-dispersion equation, used to describe contaminant transport in saturated porous media, assuming the hypotheses of steady-state flow, non-reactive substance, local equilibrium, and linear relationship between the concentrations in solid and aqueous phases. The computational model adopts the modified method of characteristics (MMOC) to solve the transport equation. The results from the developed computational models were compared to analytical solutions and to solutions provided by other models that are free available in the market. The overall performance of the developed models was considered satisfactory. The main goal of developing the computational models was to get access and control of the source code to create versions that allow multiple runs with different hydraulic conductivity fields. The case study is characterized by the existence of a pond, used in the past as a final destination to an industrial effluent. Such use resulted in sedimentation of fine particles and production process wastes at the bottom of the pond, originating a source of groundwater contamination. To perform the human health risk assessment, when considering only groundwater as a exposure pathway, two scenarios were established: scenario 01 (rainy season) and scenario 02 (dry season). In the scenario 01 (rainy season) case, the groundwater contamination is due to the pond contribution to the aquifer, as a result of hydraulic head difference between them. On the other hand, in the scenario 02 (dry season) case, there is still the pond contribution to the aquifer, but in a smaller area, according to the shrinkage of the pond during the dry season. The resulting area of exposed contaminated soil continues contributing as a source of groundwater contamination, but now due to the natural aquifer recharge.In relation to a 1 x 10-6 (one additional case of cancer in a population of one million people) risk limit, the risk assessment showed an exceedance of 4.9 % for the scenario 01, and 17.4 % for the scenario 02, considering the most affected receptor. These results represent the main goal of the present work, since they bring an additional dimension to the estimated risk. Furthermore, the results showed that the scenario 02 (dry season) is more critical than the scenario 01 (rainy season), considering again the most affected receptor. Two different stochastic approaches in terms of representation of spatial variability of the hydraulic conductivity were compared, considering the rainy season (Scenario 01). The first approach assumes a heterogeneous porous medium, and the second one supposes a homogeneous porous medium. The results showed that the homogeneous porous medium approach led to a underestimation of the risks compared to the heterogeneous one. Compared to previous studies that relates the uncertainty analysis of the contaminant migration to the human health risk assessment, this study presents some important differences, especially the following: the nature of the real case study; the analysis of flow and transport in the unsaturated zone; the generation of conditionated simulations of hydraulic conductivity random fields; and direct comparison between two different stochastic approaches to the representation of spatial variability of the hydraulic conductivity.

Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2016-08-04T12:48:05Z No. of bitstreams: 1 Josimar Gurgel Fernandes.pdf: 273497 bytes, checksum: b0fdf06107fc6ba267df9d4fccfb9712 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-04T12:49:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Josimar Gurgel Fernandes.pdf: 273497 bytes, checksum: b0fdf06107fc6ba267df9d4fccfb9712 (MD5) Previous issue date: 2008-01-21 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The Northeastern semi-arid region northeastern of Brazil, although possess a high agricultural potential, is harmed by the rain irregular distribution, promoting great risks of salinization in irrigated perimeters. This risk is related to naturally present salts of soil profile and propagated by the water used in the irrigation. The work’s objective was to do an evaluation of the water’s characteristics used for irrigation at the Cachoeira II Irrigated Perimeter, as well as to do a survey of the quality of these waters. The study area is the Cachoeira II Irrigated Perimeter, with its 37 lots, at Serra Talhada city. Water samples were taken at each three months in the used water sources at Cachoeira II Irrigated Perimeter, the samples were collected at Pajeú River, Cachoeira Stream and in the main wells and reservoirs used in the Perimeter. There were 76 water samples collected, and the analyses were added in three groups: group I waters collected in the Cachoeira Stream, group II waters of the wells and group III waters collected in the Pajeú River. In these samples they had been carried the pH and EC measures, determining the concentration of Ca²+ and Mg²+ by atomic absorption spectrophotometer; Na+ and K+ by flame photometry; Cl-,HCO3 - and CO3 2- by titration. It was calculated the SAR for the waters classification and its variations at the studied period. The descriptive statistic was used to analyzed the results. It was observed the sodium chloride water predominance, of the level of salinity, the places and the sources of origin, and that the waters used for irrigation had presented salinization risk and it contains high levels of sodium and chloride. The values of pH had been inside of the normal limits (6.5 the 8.4), already the waters of wells present values of the Cl- superiors to 3 mmolc L-1, arriving the average values of 19.53 mmolc L-1, the biggest average values of the SAR had been found in the third period at three analyzed water sources. The waters of the wells had been the ones that had presented higher values of EC in all the periods, presenting themselves inside of the band of risk for many cultures of economic value. / A região semi-árida nordestina, embora possua um alto potencial para a agricultura, é prejudicada pela distribuição irregular das chuvas, promovendo grandes riscos de salinização em perímetros irrigados. Esse risco está relacionado aos sais naturalmente presentes no perfil do solo e veiculados pela água utilizada na irrigação. O objetivo do trabalho foi realizar uma avaliação das características das águas utilizadas para irrigação no Perímetro Irrigado Cachoeira II, assim como fazer um levantamento da qualidade dessas águas. A área de estudo compreende o Perímetro Irrigado Cachoeira II, composto por seus 37 lotes, localizado no município de Serra Talhada. Realizaram-se amostragens trimestrais nas fontes de águas usadas para irrigação no Perímetro Irrigado Cachoeira II, sendo coletadas amostras ao longo do Rio Pajeú, Riacho Cachoeira e nos principais poços e reservatórios utilizados no Perímetro. Ao todo, foram coletadas 76 amostras de água, sendo suas análises agregadas em três grupos: grupo I – águas coletadas no Riacho Cachoeira, grupo II – águas dos poços e grupo III – águas coletadas no Rio Pajeú. Nessas amostras foram realizadas: a medida do pH e da CE, determinando-se os teores dos cátions Ca²+ e Mg²+ por espectrofotometria de absorção atômica e Na+ e K+ por fotometria de chama; e ânions Cl-, HCO3 - e CO3 2- por titulometria. Calculou-se, também, a RAS para a classificação das águas e suas variações ao longo do período estudado. Analisaram-se os resultados por meio de estatística descritiva. Observou-se que há predominância de águas cloretadas sódicas, independentemente do nível de salinidade, dos locais e das fontes de origem, e que as águas utilizadas para irrigação apresentaram risco de salinização, por conter elevados níveis de sódio e cloreto. Os valores de pH estiveram dentro dos limites normais (6,5 a 8,4), já as águas de poços apresentam valores de Cl- superiores a 3,0 mmolc L-1 e inferiores a 19,53 mmolc L-1, os maiores valores médios da RAS foram encontrados na terceira coleta (dezembro) nas três fontes de água analisadas. As águas dos poços foram as que apresentaram valores de CE mais elevados em todas as coletas, apresentando-se dentro da faixa de risco para muitas culturas de valor econômico.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-07-17T13:22:36Z No. of bitstreams: 1 Bruno Campos Mantovanelli.pdf: 2634294 bytes, checksum: 70886a53b05388484281c8b673017452 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-17T13:22:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bruno Campos Mantovanelli.pdf: 2634294 bytes, checksum: 70886a53b05388484281c8b673017452 (MD5) Previous issue date: 2017-02-16 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The knowledge of the spatial distribution of soil attributes in managed areas is of extreme importance, since the processes that have produced such modifications, added to the man-made management, accentuate the variation of soil attributes and their understanding is fundamental for the refinement of the practices of Management and evaluation of the effects on the environment. The use of pore size distribution to infer structural changes from different cultivation practices is a phenomenon that is becoming common in the field of Soil Science. Advances in the application of computed tomography (μTC) for studies of pore size distribution have emerged as a new research tool to investigate the spatial distribution and pore diameters, as it is based on the structural evaluation of soils from 2D or 3D images. In this work, the objective of this work was to evaluate the effects of the different managements on the physical attributes of the soil in order to explain the spatial variation and correlation between the physical and hydraulic attributes studied. The study was carried out in the agricultural area the Experimental Station of Carpina Sugarcane (EECAC) in a Haplohumults, with soil sampling in the 0.0-0.1 m layer, performed 20 months after establishment of the experiment. In each system of use (irrigated and rainfed), samples were collected between the lines of culture, using a sample grid pattern with dimensions of 56 x 35 m (1960 m²), with irregular spacing of 7 m x 8 m between the points, totalizing 32 samples per system of use. To characterize the spatial variability of the physical attributes, the following analyzes were performed: soil resistance penetration; Bulk density; Total porosity; Macroporosity, mesoporosity, microporosity; Saturated hydraulic conductivity; Geometric mean diameter and weighted average diameter. The soil water retention curve was constructed, followed by the pore size distribution, based on the spline cubic function and quantification of macropores (MAP) via computed tomography. The geostatistical approach associated with the multivariate techniques of Principal Component Analysis (PCA) allowed us to understand the relation of the pattern of spatial distribution exerted by the irrigated and rainfed landings on the physical properties of the soils; Characterizing that the irrigation effect favored the greater relation with attributes that are interconnected with the structural and soil quality standards. The results suggest that the management practices adopted are able to modify the soil structure under specific conditions, since the irrigation effect favored a more structured condition in the soil submitted to the PD, in which, based on the adopted techniques of evaluation, We can better understand these mechanisms, from the pore form to the distribution of macroporous MAPs by quantity and volume in the range of classes. / O conhecimento da distribuição espacial dos atributos do solo em áreas manejadas é de extrema importância, pois os processos que imprimiram tais modificações, somados ao manejo realizado pelo homem, acentuam a variação dos atributos do solo e seu entendimento é fundamental para o refinamento das práticas de manejo e avaliação dos efeitos sobre o ambiente. O uso da distribuição do tamanho de poros para inferir sobre as mudanças estruturais exercidas pelas diferentes práticas de cultivo é um fenômeno que está se tornando comum no campo da Ciência do Solo. Avanços na aplicação da tomografia computadorizada (μTC) para estudos da distribuição de tamanho de poros têm surgido como uma nova ferramenta de pesquisa para investigar a distribuição espacial e diâmetros de poros, pois se baseia na avaliação estrutural dos solos a partir de imagens 2D ou 3D. Desta forma, neste trabalho objetivou avaliar os efeitos dos diferentes manejos nos atributos físicos do solo a fim de explicar a variação espacial e correlação existente entre os atributos físico-hídricos estudadas. O estudo foi realizado na área agrícola da Estação Experimental de Cana-de-Açúcar de Carpina (EECAC) em um Argissolo Amarelo distrocoeso, com amostragem dos solos na camada de 0,0-0,1 m, realizada 20 meses após o estabelecimento do experimento. Em cada sistema de uso (irrigado e sequeiro), foram coletadas amostras nas entrelinhas de cultivo, usando um padrão de grid amostral com dimensões de 56 x 35 m (1960 m²), com espaçamento irregular de 7 m x 8 m entre os pontos, totalizando 32 amostras por sistemas de uso. Para caracterização da variabilidade espacial dos atributos físicos foram realizadas as seguintes análises: resistência do solo à penetração; densidade do solo; porosidade total; macroporosidade, mesoporosidade, microporosidade; condutividade hidráulica saturada; diâmetro médio geométrico e diâmetro médio ponderado. Foi realizada a construção da curva característica de retenção de água no solo, seguindo-se da distribuição de tamanho de poros, baseados na função spline cubic e quantificação de macroporos via tomografia computadorizada. A abordagem geoestatística associada às técnicas multivariadas de Análise de Componentes Principais (ACP), possibilitaram compreender a relação do padrão de distribuição espacial exercidas pelos manejos irrigado e sequeiro sobre as propriedades físicas do solos; caracterizando que o efeito da irrigação favoreceu a maior relação com atributos que estão interligadas com os padrões estruturais e de qualidade do solo. Os resultados sugerem que as práticas de manejo adotadas, são capazes de modificar a estrutura do solo em condições específicas, visto que o efeito da irrigação favoreceu a uma condição mais estruturada no solo submetido ao PD, em que a partir das técnicas adotadas de avaliação, pode-se entender melhor estes mecanismos, desde a forma de poros até a distribuição de MAP macroporos por quantidade e volume em intervalo de classes.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-10-23T13:29:45Z No. of bitstreams: 1 Diego Henrique Silva de Souza.pdf: 3894792 bytes, checksum: 762969190d02923ba476b3d5e9d4272a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-23T13:29:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diego Henrique Silva de Souza.pdf: 3894792 bytes, checksum: 762969190d02923ba476b3d5e9d4272a (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / The agricultural practices promote changes in the physical properties of the soil, causing alterations in the density, affecting the total porosity, the pore diameter distribution, and the availability of water to the plants. These changes directly affect the development of sugarcane cultivation, affecting the respiration of the roots, the reduction of the porous spaces of the soil, and decrease the water infiltration capacity in the soil. Therefore, the use of soil and water management techniques favors the maintenance of agricultural productivity through precision agriculture. The objective of this work was to analyze the influence of the spatial variability of the physical attributes of in an orthodox Humiluvic Spodosol on sugarcane productivity, variety RB86 7515, in an experimental area, in the Municipality of Goiana, in the region of Zona da Mata North of Pernambuco. Soil samplings and crop productivity were performed at 90 randomly chosen points in the experimental area. Deformed and undisturbed samples were collected in the soil layers of 0.00-0.20 and 0.20 - 0.40 m, in order to analyze the attributes: texture, soil density, field capacity humidity, total porosity, macroporosity and microporosity, according to the methodology recommended by the “Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – Embrapa”. For the determination of the total porosity, macroporosity and microporosity, the tensile table was used, and the Richards chamber was used to determine the moisture in the field capacity. Productivity was estimated by the average weight of sugarcane at each sampling point. The data were evaluated using descriptive statistics, geostatistics and simple linear correlation. Sugarcane productivity in the study area was higher than the national average for the 2013/2014 harvest. It was verified through semivariograms that the spherical model was the best fit to the dataset of most of the assessed attributes. It was not possible to detect spatial dependence for the textural fractions of the soil, except for the clay fraction in the 0.20-0.40 m layer that had its data adjusted to the exponential model. Through the isoline maps, it was observed that soil density and total porosity, in the 0.00-0.20 m layer, presented inverse spatial correlation. And that the narrowest area of the study area and with the highest topographic quota had higher values of macropores and lower values of moisture and productivity of the sugarcane. Sugarcane yield did not show a significant linear correlation with soil physical attributes. / As práticas agrícolas promovem alterações nas propriedades físicas do solo, ocasionando modificações de sua densidade, afetando a porosidade total, a distribuição do diâmetro dos poros e a disponibilidade de água às plantas. Estas alterações causam diretamente prejuízos ao desenvolvimento da cultura da cana-de-açúcar, afetando a respiração das raízes, pela diminuição dos espaços porosos do solo, além de diminuir a capacidade de infiltração da água no solo. Portanto, a utilização de técnicas de manejo do solo e da água favorece a manutenção da produtividade agrícola, por meio da agricultura de precisão. O objetivo deste trabalho foi analisar a influência da variabilidade espacial dos atributos físicos de um Espodossolo Humilúvico órtico na produtividade da cana-de-açúcar, variedade RB86 7515, em uma área experimental, no Munícipio de Goiana, na região da Zona da Mata Norte de Pernambuco. As amostragens do solo e da produtividade da cultura foram realizadas em 90 pontos escolhidos aleatoriamente na área experimental. Foram coletadas amostras deformadas e indeformadas nas camadas de solo de 0,00-0,20 e 0,20 – 0,40 m, com a finalidade de analisar os atributos: textura, densidade do solo, umidade na capacidade de campo, porosidade total, macro e microporosidade, conforme a metodologia preconizada pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. Para determinação da porosidade total, macro e microporosidade foi utilizada a mesa de tensão, e para determinação da umidade na capacidade de campo foi utilizada a câmara de Richards. A produtividade foi estimada por meio do peso médio da cana-de-açúcar em cada ponto amostral. Os dados foram avaliados adotando-se métodos de estatística descritiva, geoestatística e correlação linear simples. Verificou-se através dos semivariogramas que o modelo esférico foi o que melhor se ajustou ao conjunto de dados da maioria dos atributos avaliados. A produtividade da cana-de-açúcar na área de estudo foi superior à média nacional da safra 2013/2014. Não foi possível detectar dependência espacial para as frações texturais do solo, com exceção da fração argila na camada de 0,20-0,40 m que teve seus dados ajustados ao modelo exponencial. Através dos mapas de isolinhas, observouse que a densidade do solo e a porosidade total, na camada de 0,00-0,20 m, apresentaram comportamento espacial inverso, e que a faixa mais estreita da área de estudo e com maior cota topográfica apresentou maiores valores de macroporos e menores valores de umidade e produtividade da cana-de-açúcar. A produtividade da cana-de-açúcar não apresentou correlação linear significativa com os atributos físicos do solo.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-11-01T16:13:59Z No. of bitstreams: 1 Diego Cezar dos Santos Araujo.pdf: 4779920 bytes, checksum: 60633463a78307c87299857b8dac6458 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-01T16:13:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diego Cezar dos Santos Araujo.pdf: 4779920 bytes, checksum: 60633463a78307c87299857b8dac6458 (MD5) Previous issue date: 2016-02-15 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The spatial and temporal variability of soil moisture is widely known and long ago became an object of study on Hydrology. To know the behavior of this variable and to understand its relation with the various pedological and metheorological factors is essential to assist the agricultural management and to promote its best beneficial use. It is necessary to consider that the water content in the soil is subject to various processes such as evaporation, plant water uptake, redistribution, percolation and drainage. In semi-arid regions where water availability becomes limited due to the irregularity in the distribution of rainfall, knowledge of the spatial-temporal dynamics of this feature is even more important. Based on this, the objective of this study was to evaluate the spatial and temporal behavior of soil moisture in a small watershed scale and on a small area of 6,720 m² cultivated with banana, in the city of Pesqueira, Pernambuco, located in Brazilian Northeast. The second chapter describes the soil moisture data for the experimental basin of Riacho Jatobá, held for four months with low rainfall at 32 locations along the basin, covering three types of soils (Yellow Argisol, Regolithic Neosol and Litholic Neosol) and vegetation (pasture, natural dense caatinga and natural sparse caatinga), with representative characteristics of typical systems of semi-arid regions. The monitoring was performed monthly and allowed identifying that the areas with Yellow Argisol showed higher water content, as well as those with a predominance of caatinga. In addition, physical and chemical properties of soil were mapped. Texture maps confirmed the spatial distribution of moisture, with higher content of clay fraction in areas with higher soils moisture. In the third chapter, soil moisture data in a small area cultivated with banana are presented, with 13 monitoring conducted in a two-day interval. The soil moisture was monitored at 22 locations, 11 with the use of mulch and 11 without using the cover. In addition to the spatial evaluation of soil moisture distribution for the different soil coverage the technique of mean relatives differences and standard deviations was applied aiming to find points that could be able to represent the mean temporal behavior of the remaining monitoring locations under the same evaluated conditions. It was possible to identify that the points located in the no mulch sector showed more soil water content and the technique of temporal stability it was showed to be adequate in detecting stable monitoring points over time, being recommended the continuity of data collection to improve the understanding of the dynamics of soil moisture in the region studied. / A variabilidade espacial e temporal da umidade do solo é amplamente conhecida e há muito tempo se tornou objeto de estudo da Hidrologia. Conhecer o comportamento dessa variável e compreender a sua sensível relação com os diversos fatores pedológicos e meteorológicos é essencial para auxiliar o manejo agrícola e promover a sua utilização de forma adequada. É necessário considerar que o conteúdo de água no solo está sujeito a processos diversos, como a evaporação, absorção pelas plantas, redistribuição, percolação e drenagem. Em regiões semiáridas, onde a disponibilidade de água torna-se limitada em virtude da irregularidade na distribuição das precipitações, o conhecimento da dinâmica espaço-temporal desse recurso é ainda mais importante. Com base nisso, o objetivo desse estudo foi avaliar o comportamento espacial e temporal da umidade do solo em escala de bacia hidrográfica e em pequena área de 6.720 m² cultivada com banana, na cidade de Pesqueira-PE, situada no semiárido da região Nordeste. O segundo capítulo descreve os dados de umidade do solo para a bacia experimental do Riacho Jatobá, realizado durante quatro meses com escassez de chuvas e em 32 pontos ao longo da bacia, abrangendo três tipos de solo (Argissolo Amarelo, Neossolo Regolítico e Neossolo Litólico) e vegetação (pastagem, caatinga natural adensada e caatinga natural esparsa) com características representativas de sistemas típicos de regiões semiáridas. Os monitoramentos foram realizados mensalmente e possibilitaram identificar que as áreas com Argissolo Amarelo apresentaram maior conteúdo de água, assim como aquelas com predominância de caatinga. Adicionalmente, foram mapeadas propriedades físicas e químicas de solo. Os mapas de textura corroboraram a distribuição espacial da umidade, com maior conteúdo da fração argila nas áreas que apresentam maior umidade no solo. No terceiro capítulo, estão representados os dados de umidade do solo em uma pequena área cultivada com banana, a partir de 13 monitoramentos realizados no intervalo de dois dias. A umidade foi monitorada em 22 pontos, 11 com a utilização de cobertura morta e 11 sem a utilização da cobertura. Além da avaliação espacial da distribuição da umidade em função da cobertura, foram aplicadas, nos dados, as técnicas das diferenças relativas médias e desvios padrão com a finalidade de encontrar pontos que fossem capazes de representar o comportamento temporal da média dos demais locais de monitoramento, sob as mesmas condições avaliadas. Foi possível identificar que os pontos localizados no setor sem cobertura morta apresentaram maior conteúdo de água e que a técnica da estabilidade temporal mostra-se promissora na detecção de locações de monitoramento estáveis ao longo do tempo, sendo recomendada a continuidade da coleta de dados para aprimorar o entendimento da dinâmica da umidade do solo na região estudada.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-11-08T12:47:26Z No. of bitstreams: 1 Carolina de Lima França.pdf: 1419474 bytes, checksum: 9f51fc18e45826f7cb7c395571e7cbf7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-08T12:47:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carolina de Lima França.pdf: 1419474 bytes, checksum: 9f51fc18e45826f7cb7c395571e7cbf7 (MD5) Previous issue date: 2016-02-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Sugarcane is one of the most important crop in Northeastern Brazil and the plant-parasitic nematodes, one of the most important threat for the crop productivity. The high temperature in the dray sand soils of the costal tables cultivated with sugarcane has increased the losses. Considering that the nematode spatial distribution in soil is associated to the soil water content, structure and management, this study aimed to evaluate the effect of irrigation on spatial distribution of Meloidogyne spp. and Pratylenchus spp., the main plant-parasitic nematodes, in a costal table cultivated with sugarcane. Experiments were carried out in two areas, irrigated and non irrigated, and soil samples were collected before planting and at 4, 9 and 14 months after, on a 12.5 × 12.5-m grid, with 36 points per area, at 0-25 cm depth. Descriptive statistics and geostatistics were used to characterize the nematode spatial dependence and prepare kriging maps. Based on semi variance, most data fitted to spherical model. In general, spatial dependence was high and weak, with ranges higher than 3 m. Sugarcane irrigation on the table area drove to a more uniform distribution of Pratylenchus sp. in soil, in contrast to the non irrigated area, in which the nematode population presented more aggregated. / A cana-de-açúcar é uma das principais culturas no Nordeste e os nematoides parasitos de plantas uma das principais ameaças para a produtividade da cultura na região. As perdas são maiores quando associadas às altas temperaturas, irregularidade de chuvas e solos arenosos dos tabuleiros costeiros. Considerando que a distribuição espacial de nematoides no solo está associada a disponibilidade de água, estrutura e manejo do solo, o presente estudo teve como objetivo avaliar o efeito da irrigação na distribuição espacial de Meloidogyne spp. e Pratylenchus spp. em tabuleiros cultivados com cana-de-açúcar. Os experimentos foram conduzidos em duas áreas, irrigada e não irrigada, e as amostras de solo e raiz foram coletadas antes do plantio e 4, 9 e 14 meses após, em malha de 12,5 × 12,5 m, com 36 pontos por área, na profundidade de 0-25 cm. Estatística descritiva e geoestatística foram utilizadas para caracterização da dependência espacial dos nematoides e elaboração de mapas de krigagem. Com base na semivariância ocorreu ajuste com modelo esférico para a maioria dos dados. Em geral, o grau de dependência espacial foi forte e observado alcances acima de 3 m para os nematoides que apresentaram dependência espacial. A irrigação da cana-de-açúcar em área de tabuleiro favoreceu uma distribuição mais uniforme de Pratylenchus sp. no solo, ao contrário da área não irrigada, que mostrou tendência a manter a população do nematoide mais agregada na área.

A variabilidade espacial do desenvolvimento das plantas cultivadas em áreas extensas pode ser caracterizada com diversas estratégias, havendo sensores específicos e aqueles que indiretamente permitem inferir sobre o porte e biomassa. O uso de sensores de reflectância embarcados em plataformas orbitais, aéreas ou terrestres são fontes importantes de informação, mas não permitem obter informações de forma direta sobre a altura das plantas além de apresentarem alta sensibilidade às condições de iluminação no momento da coleta. Sensores ultrassônicos para mensurar a distância até o topo das plantas cultivadas são empregados comumente em operações nas quais se deseja manter uma distância entre órgãos das máquinas e as plantas, porém não permitem obter informações precisas sobre o porte das plantas, uma vez que usualmente são fixados em partes móveis, além de serem também sensíveis a variáveis do ambiente como poeira e ventos. Os radares são sensores ativos amplamente utilizados em aplicações em que se deseja mensurar distâncias. Há sistemas orbitais capazes de empregar radiação que penetra em dosséis de vegetações permitindo o cálculo de sua altura. O uso de radares em curtas distâncias requer dispositivos com capacidade de mensurar o tempo em alta resolução o que os torna caros. Através da modulação de sinais é possível o emprego de dispositivos mais simples mantendo a efetividade na determinação da distância. O objetivo deste trabalho foi investigar o uso de um tipo de sistema radar, de baixo custo, que pode ser acoplado a veículos terrestres para a mensuração de distâncias curtas. Foi desenvolvido um sistema de mensuração de distância baseado em micro-ondas moduladas. A modulação em duas frequências distintas permitiu obter medidas até alvos com características distintas e.g. alvos representativos do topo do dossel e da superfície do terreno. Houve uma relação exponencial entre a distância aos alvos e a frequência de batidas do sinal modulado. O sistema foi acoplado em um trator e caracterizou-se seu desempenho em alvos com dimensões conhecidas, demonstrando haver efeito do formato e tamanho do alvo sobre a qualidade da medida de distância. Também foi realizada a comparação com um sensor de reflectância do infravermelho em uma lavoura de milheto (Pennisetum glaucum). Os resultados demonstraram o potencial da técnica, com boas relações entre as leituras de frequência de batidas e distância do alvo quando este apresenta dimensões superiores ao campo de visada do sensor. As leituras de distância até o terreno na presença de um obstáculo foram, entretanto influenciadas pela distância do obstáculo ao sensor. Uma comparação com leituras de um sensor de reflectância foi realizada em uma lavoura que apresentava variabilidade espacial identificando uma relação inversa entre as leituras do sensor com as de reflectância. / Spatial variability of growth for row crops cultivated in extensive areas can be characterized using several strategies from specific sensors and those that allow indirectly infer about height and biomass. The use of reflectance sensors embedded in orbital, aerial or terrestrial platforms are important sources of information but do not allow direct information on plant height, besides being highly sensitive to lighting conditions at the time of collection. Ultrasonic sensors can be employed for the measurement of distances and are already used in many agricultural operations in which there is a requirement to maintain a distance between machine components and plants. Such sensors, however, doesn\'t allow to obtain information about the size of the plants, since they are usually fixed in moving parts, as well as being sensitive to environmental variables such as dust and wind. Radars are active sensors widely used in applications where distances should be measured. Many orbital radar systems are capable of employing radiation that penetrates vegetation canopies allowing the calculation of its height. The use of radars at short distances requires devices with the ability to measure time at a high resolution which make them expensive. Through the modulation of signals, it is possible to use simpler devices while maintaining the effectiveness in determining the distance. The objective of this research was to investigate the use of a low-cost radar system, which can be attached to terrestrial vehicles for the measurement of short distances. A distance measurement system based on modulated microwave radiantion was developed. Signal modulation in two frequencies allowed obtaining measurements from targets with distinct characteristics e.g. targets representative of the top of the canopy and terrain surface. There was an exponential relationship between distance to the targets and the beating frequency of modulated signals. The system was installed on a tractor and its performance was characterized in targets with known dimensions, demonstrating the effect of the size and shape of the target on the quality of the distance measurement. Comparison was also made with a reference infrared reflected sensor in a millet (Pennisetum glaucum) crop. The results demonstrated the potential of the technique, with good relations between the signal beating frequency and target distance readings when the target is larger than the sensor\'s footprint. Distance to the ground measurements when in the presence of an obstacle were influenced by the distance from the obstacle to the sensor. A comparison with readings of a reflectance sensor was performed in a crop that had spatial variability, an inverse relationship between sensor and reflectance readings was found.

Este trabalho teve como objetivo explorar a variabilidade espacial do índice de cone, através de análises geoestatísticas, e correlacioná-la com mapas de produtividade. Duas áreas com sistema de semeadura direta foram utilizadas no experimento, uma no município de Pirassununga, SP, e a outra no município de Castro, PR. Mapas do índice de cone das profundidades de 0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,30; 0,35 e 0,40 m foram gerados e correlacionados com mapas de produtividade. Para tanto, foi utilizado um penetrômetro de cone hidráulico-eletrônico, posicionado por DGPS (Sistema de Posicionamento Global Diferencial), com correção diferencial em tempo real via satélite, sendo as informações processadas por um programa de Sistema de Informação Geográfica (SIG). Todas as profundidades analisadas apresentaram estrutura de dependência espacial nas duas áreas. Observou-se o efeito do teor de água do solo sobre o índice de cone. A análise de regressão entre as produtividades e o índice de cone apresentou baixos coeficientes de determinação. Na área de Castro houve tendência de redução da produtividade do milho e da soja com o aumento do índice de cone em todas as profundidades. Os mapas do índice de cone do solo, gerados através do sistema penetrômetro de cone hidráulico-eletrônico, GPS, SIG e programas computacionais geoestatísticos, mostraram a variabilidade do índice de cone existente entre as regiões representadas pelos diversos pontos amostrais levantados. / The objective of this work was to explore the spatial variability of cone index using geostatistical analysis and to correlate it with yield maps. The work was carried out in two areas located in Pirassununga, SP, and in Castro, PR. Cone index maps of the depths 0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,30; 0,35 and 0,40 m were developed and correlated with yield maps. A hydraulic-electronic cone penetrometer was used, linked to a OGPS (Deferential Global Positioning System) satellite real-time corrected, with the data controlled by a GIS (Geographic Information System). All depths showed spatial structure in both areas. Water content of the soil affected the cone index. The regression analysis between yield and cone index showed low determination coefficients, there was a tendency of yield loss on com and soybeans as the cone index increased in ali depths at the Castro area. The cone index maps of the soil, developed by hydraulic-electronic cone penetrometer, GPS, GIS and geostatistic software, showed the different plots of the regions.