Caracterização das relações hidrícas para a cultura do Pinus taeda no Município de Telêmaco Borba, Estado do Paraná

Resumo: O município de Telêmaco Borba encontra-se na região central do Estado do Paraná, apresentando atividade florestal expressiva, com destaque para o Pinus taeda, espécie altamente influenciada pela disponibilidade de água no solo. Diante disso, teve-se por objetivo no presente trabalho o estudo das relações hídricas para a cultura do Pinus a partir da análise das componentes de um balanço hídrico agrícola (BHA) diário, o que possibilitou a determinação da ocorrência de períodos críticos de deficiência e excedente hídrico. As análises e resultados foram organizados e apresentados em quatro capítulos, sendo que no primeiro foram testadas as duas principais metodologias para a estimativa da radiação solar incidente (Rs), variável de entrada na estimativa da evapotranspiração de referência pelo método de Penman-Monteith. No segundo capítulo foi realizada a caracterização das variáveis de entrada (precipitação - P e evapotranspiração de referência - ETo) do BHA, a partir da determinação das funções densidade de probabilidade (fdp) de melhor ajuste aos dados e dos movimentos das séries obtidos pela sua decomposição. No terceiro trabalho foram caracterizadas as relações hídricas para a cultura do Pinus taeda, a partir de um BHA diário baseado na metodologia de Thornthwaite & Mather. No quarto trabalho foram caracterizadas as variáveis de saída do balanço hídrico (deficiência hídrica - DEF e excedente hídrico - EXC), a partir da determinação da fdp de melhor ajuste aos dados e dos movimentos das séries obtidas pela sua decomposição. As análises realizadas no primeiro trabalho permitiram verificar a maior associação entre Rs estimada e observada com valores de Krs anual e sazonal, sugerindo que os coeficientes encontrados podem ser utilizados para estimar valores de Rs na região. Para os demais trabalhos observou-se ajustamento dos valores decendiais de ETo à fdp Normal e, P, DEF e EXC à fdp Gama. Os valores de P decendial apresentaram-se superiores à ETo, favorecendo o armazenamento da água no solo e reduzindo a possibilidade de deficiência hídrica. Na decomposição das séries temporais pode-se observar que as séries de P, ETo, DEF e EXC não apresentaram tendência significativa de acréscimo ou decréscimo ao longo dos anos. Ainda, para a P, DEF e EXC houve pouca influência da sazonalidade enquanto que para a ETo os movimentos sazonais foram importantes. A ciclicidade e irregularidade exerceram grande influência sobre todas as componentes analisadas. Nesse contexto, o município de Telêmaco Borba mostrou-se promissor quanto ao cultivo do Pinu

Dinâmica da água no continuum solo-planta-atmosfera : tópicos em evapotranspiração de referência e disponibilidade de águas às plantas

Orientador: Prof. Dr. Jorge Luiz Moretti de SouzaTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa: Curitiba, 19/08/2016Inclui referências : f. 31-35;66-73;92-98Area de concentração : Solo e ambienteResumo: A quantificação da água disponível à transpiração vegetal é conceito chave para o entendimento da dinâmica da água no sistema solo-planta, sendo importante o estudo detalhado da evapotranspiração de referência (ETo) e variáveis ou fatores diretamente ligados às relações água-solo-planta-atmosfera. Inúmeros métodos relacionando o estudo da ETo e dinâmica da disponibilidade de água às plantas vêm sendo desenvolvidos, mas, muitas vezes, são ignorados fatores como o crescimento radicular, propriedades hidráulicas da planta e variações climáticas locais e regionais, considerados elementos-chave para o entendimento dos processos físicos no sistema. Nesse contexto, teve-se como objetivo no presente trabalho caracterizar a sensibilidade do método de Penman-Monteith ASCE às variáveis climáticas, e propor um método alternativo para estimar a ETo baseando-se nas variáveis mais sensíveis, com destaque para o déficit de pressão de vapor, o qual está relacionado ao potencial hídrico atmosférico; e, em relação aos aspectos fisiológicos da planta, avaliar o impacto do crescimento e condutância hidráulica do sistema radicular sobre a disponibilidade de água para a transpiração sob condições de deficiência hídrica. O trabalho encontra-se dividido em três capítulos, sendo que: (i) No primeiro capítulo foi analisada a sensibilidade do método Penman-Monteith ASCE às principais variáveis climáticas para todos os tipos climáticos brasileiros, a partir da geração de coeficientes de sensibilidade e análises de componentes principais; (ii) Com os resultados da análise de sensibilidade da ETo, no segundo capítulo foi proposta e analisada a possibilidade da estimativa da evapotranspiração de referência com um método alternativo baseado no potencial hídrico atmosférico (?ar) e radiação solar no topo da atmosfera (Ra), para os tipos climáticos brasileiros; e, (iii) No terceiro capítulo estudou-se a dinâmica da disponibilidade de água às plantas sob deficiência hídrica no solo, considerando o consumo de água, crescimento e condutância hidráulica do sistema radicular, pelo monitoramento do crescimento radicular, potencial hídrico do solo, foliar e transpiração vegetal, a partir do uso de minirizotrons no interior dos vasos, tensiômetros digitais próximos ao sistema radicular, psicrômetros conectados às folhas terminais e balanças eletrônicas para a medição da massa dos vasos. Os resultados obtidos foram comparados a partir de análises de modelos lineares mistos (REML) e regressão segmentada. Os tratamentos foram comparados com o teste de Tukey (? = 0.05). As análises realizadas no primeiro capítulo permitiram verificar grande influência dos tipos climáticos sobre a sensibilidade da ETo às variáveis climáticas, principalmente em relação ao déficit de pressão de vapor (DPV), radiação solar (Rs) e velocidade do vento (u2). No segundo capítulo foi proposto e demonstrou-se a possibilidade da utilização de um método alternativo ("Moretti-Jerszurki") baseado no ?ar e Ra, o qual apresentou bons desempenhos na estimativa da ETo para os tipos climáticos brasileiros, principalmente os climas tropical e semiárido, quando utilizou-se apenas o ?ar (EToMJ(?ar)); e, para todos os tipos climáticos considerados quando utilizou-se o ?ar e Ra (EToMJ e EToMJc). A maior sensibilidade do método alternativo que utiliza apenas o ?ar (EToMJ(?ar)), para o tipo climático tropical, é interessante e indicou apenas a necessidade das variáveis temperatura do ar (Tar) e umidade relativa média do ar (UR). Os coeficientes de ajuste "a" e "b" médios mensais obtidos para o subgrupo climático semiárido são consistentes e podem ser satisfatoriamente empregados para a estimativa da EToMJ(?ar) como alternativa à EToPM. No terceiro capítulo, observou-se que a disponibilidade de água para a transpiração foi limitada pelo potencial de água no solo e potencial hídrico foliar em condições de moderada e intensa restrição hídrica. Portanto, em condições de estresse, a relação não-linear entre potencial hídrico foliar e a transpiração real resultou na manutenção do potencial nos períodos de maior demanda atmosférica ao longo do dia e em maior eficiência do uso da água. A condutância hidráulica do sistema radicular foi o parâmetro que melhor explicou a disponibilidade de água às plantas, especialmente em condições de deficiência hídrica, destacando a importância das raízes na predição de variações na transpiração real das plantas. Apesar disso, o crescimento radicular não foi influenciado pela deficiência hídrica a curto prazo. Palavras-chave: análise de sensibilidade, condutância hidráulica da raiz, disponibilidade hídrica, evapotranspiração de referência, método alternativo, potencial hídrico atmosférico.Abstract: Water availability for plant transpiration is a key concept to soil water dynamics, justifying studies about reference evapotranspiration (EToPM) and variables related to water availability. Several methods relating reference evapotranspiration and the dynamics of water availability for plants have been developed, but they often overlook root growth, plant hydraulic properties and climatic variations over regions, which may be key elements explaining plant water availability. In this sense, we had to aim study the reference evapotranspiration relating to atmospheric demand, from sensitivity analysis of Penman-Monteith method to climate properties and suggest an alternative method for ETo estimation, based on the most sensitive variables, outlining the vapor pressure deficit, which is related to atmospheric water potential; and, at canopy level, we study the impact of root growth and root hydraulic conductance on water availability for transpiration under deficit irrigation. The results were presented in three chapters: (i) In the first chapter we had to aim analyze the sensitivity of Penman-Monteith method to the main climatic variables under climate types in Brazil, from generation of sensitivity coefficients and principal component analysis; (ii) Based on the sensitivity results, in the second chapter the alternative reference evapotranspiration alternative method based on atmospheric water potential (?air) and extraterrestrial radiation (Ra) was proposed and analyzed for each climate type; and, (iii) in the third chapter, the impact of root growth and root hydraulic conductance on water availability for canopy transpiration was analyzed by measurement of root growth, soil and stem water potential and transpiration rate, by minirhizotron tubes inside the pots, pressure transducer tensiometers close to the trunck, psychrometers attached to mature leaves and weighing scales used to determine the mass of the pots. The obtained results were compared using a restricted maximum likelihood (REML) estimator of the mixed linear model procedure and segmented regression analysis. Individual treatments were compared by Tukey test at ? = 0.05. The analysis of the first chapter allowed to verify the strong effect of climate types about EToPM sensitivity, mainly related to vapor pressure deficit (VPD), solar radiation (Rs) and wind speed (u2). In this sense, in the second chapter, was analyzed the possibility of use of a new alternative method called "Moretti-Jerszurki" based on ?air and Ra, which had a good performance on ETo estimations for all Brazilian climate types when using ?air and Ra (EToMJ e EToMJc) and, mainly for warm and dry climates, when using ?air (EToMJ(?air)). The sensitivity of the alternative method based on ?air (EToMJ(?air)) under tropical climates outlined the only need for air temperature (Tair) and relative humidity (RH) for ETo estimation. The monthly adjustment coefficients "a" and "b" for semi-arid climate subgroup were consistents and can be satisfactory employed on the estimations of EToMJ(?air), as an alternative to EToPM. In the third chapter, the resulting water availability for transpiration was limited by soil and stem water potential under moderate or strong water limitation. A nonlinear relationship with actual transpiration explained the reduction of daytime depressions of stem water potential, needed for maintaining tree water-use efficiency. Root hydraulic conductance was the parameter that best explained soil water availability for plants, especially under drought stress, highlighting the importance of understanding root dynamics to predict shifts in canopy transpiration. The root length was not influenced by water deficit at short-term period. Key-words: sensitivity analysis, root hydraulic conductance, water availability, reference evapotranspiration, alternative method, atmospheric water potential

ESTIMATION OF DAILY MEAN AIR TEMPERATURE IN DISTINCT REGIONS OF BRAZIL USING ALTERNATIVE METHODS

This study aimed to determine the reliability of two alternative methods (IAC and Max/Min) commonly used to estimate daily mean air temperature in relation to the standard method recommended by the National Institute of Meteorology (INMET). The air temperature data were obtained by the National Institute for Space Research (INPE), between the period 2005 to 2008 for twelve locations, in ten Brazilian States. Statistical analysis of data were made using linear regression and their correlation coefficients (R), precision index ("d") and performance index ("c"), considering INMET method as standard. The IAC method showed better results to estimate daily mean air temperature than Max/Min method for annual and seasonal period. The Max/Min method showed serious constraints to estimate the daily mean air temperature, especially in the spring and summer seasons. There was no influence of latitude and altitude on the performance of estimates daily mean air temperature with the IAC and Extremes methods for the localities studied.O presente trabalho teve por objetivo determinar a confiabilidade de dois métodos alternativos (IAC e Extremos) comumente utilizadas para estimar a temperatura média diária do ar, em relação ao método padrão recomendada pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Os dados de temperatura do ar foram cedidos pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), compreendendo o período de 2005 e 2008 para doze localidades, situados em dez Estados brasileiro. As análises estatísticas dos dados foram realizadas empregando regressão linear e seus respectivos coeficientes de correlação (R), índice de exatidão (“d”) e índice de desempenho (“c”), tendo o método do INMET como padrão. Os resultados encontrados mostram que o método do IAC estima melhor a temperatura média diária do ar que o método dos Extremos para o período anual e sazonal. O método dos Extremos mostrou sérias restrições para estimar a temperatura média do ar, principalmente nas estações do verão e primavera. Não houve influência da latitude e altitude no desempenho das estimativas da temperatura média diária do ar com os métodos do IAC e Extremos, para as localidades estudas

Functional relations between probable and average rainfall in Brazilian regions and climates

O objetivo deste trabalho foi determinar os parâmetros estatísticos da função densidade de probabilidade (FDP) com melhor ajuste aos valores decendiais de precipitação pluvial observados em diversas localidades brasileiras, e também determinar a relação entre precipitação provável (75% de probabilidade, P75%) e precipitação média (_P) nestas localidades. Foram avaliadas cinco FDPs (normal, triangular, gama, exponencial e uniforme), ajustadas a dados provenientes de 43 municípios, de oito estados, em quatro regiões brasileiras. As localidades foram avaliadas isoladamente ou agrupadas de acordo com estados ou tipos climáticos. O teste de aderência de Kolmogorov‑Smirnov foi utilizado para avaliar o ajuste estatístico das FDPs às séries de dados. As distribuições gama e exponencial foram as que mais frequentemente melhor se ajustaram às séries de precipitação pluvial decendial (41,2 e 30,8%, respectivamente). As relações funcionais mais promissoras entre _P e P75% foram obtidas nos climas Cwa (R2 = 0,82), Aw (R2 = 0,70), As (R2 = 0,68) e Cwb (R2 = 0,62), e nos estados de Goiás (R2 = 0,80), São Paulo (R2 = 0,76) e Minas Gerais (R2 = 0,70). As distribuições normal (19,3%), triangular (2,2%) e uniforme (3,5%) têm menor participação nos melhores ajustes, mas são importantes nas análises para o período seco.The objective of this work was to determine the statistical parameters of the probability density function (PDF) with the best fit to the values of decennial rainfall observed in several Brazilian localities, and also to determine the relationship between probable rainfall (75% probability, P75%) and average rainfall (_P) in these localities. Five PDFs were evaluated (normal, triangular, gamma, exponential, and uniform), adjusted to data from 43 municipalities, from eight states, in four Brazilian regions. The localities were evaluated singly or grouped into states or climate types. The Kolmogorov‑Smirnov adherence test was used to assess the statistical adjustment of the PDFs to the data series. Gamma and exponential distributions were the ones which more often had the best fit to the series of decennial rainfall (41.2 and 30.8%, respectively). The most promising functional relationships between _P and P75% were obtained at the climates Cwa (R2 = 0.82), Aw (R2 = 0.70), As (R2 = 0.68), and Cwb (R2 = 0.62), and at the states of Goiás (R2 = 0.80), São Paulo (R2 = 0.76), and Minas Gerais (R2 = 0.70). The normal (19.3%), triangular (2.2%), and uniform (3.5%) distributions have the lowest participation in the best fits, but are important in the dry season analyzes

BALANÇO HÍDRICO CLIMATOLÓGICO: PRECIPITAÇÃO E EVAPOTRANSPIRAÇÃO DE REFERÊNCIA ESTIMADAS COM METODOLOGIA ALTERNATIVA

Teve-se por objetivo analisar o desempenho de balanços hídricos diários calculados a partir das variáveis de entrada precipitação (P) e evapotranspiração de referência (ETo), estimadas de forma alternativa, em comparação com a metodologia padrão. Para tanto, foram obtidas medidas de P em um pluviômetro padrão do tipo Ville de Paris e em um pluviômetro alternativo constituído de garrafa PET. Para a estimativa da ETo foram empregados o método padrão de Penman-Monteith e o método alternativo de Camargo. Para fins de comparação entre as metodologias padrão (pluviômetro Ville de Paris – PVP e ETo pelo método de Penman-Monteith – EToPM) e alternativa (pluviômetro alternativo – PA e ETo pelo método de Camargo – EToCM) foram calculados balanços hídricos diários entre julho de 2008 e janeiro de 2009, na região de Curitiba, Paraná. Os balanços hídricos foram comparados pelo erro absoluto da deficiência hídrica (DEF). O desempenho do balanço hídrico realizado com a metodologia alternativa, em comparação com a metodologia padrão, depende da água disponível no solo (AD) e da combinação do grau de acerto (associação e exatidão) com que os métodos alternativos estimam P e ETo. As componentes do balanço hídrico alternativo em relação ao padrão (DEF; evapotranspiração real – ER; e, armazenamento de água no solo – ARM) têm maiores desvios para períodos quentes e com ocorrência de P insuficiente para manter o armazenamento da água no solo próximo da zona úmida. Os resultados indicaram que, para diferentes regiões, métodos alternativos devem ser testados individualmente e em conjunto com algum tipo de metodologia, quando de sua recomendação e utilização

Coeficiente de proporcionalidade krs da equação de Hargreaves e Samani para aplicações ambientais: krs proportionality coefficient of Hargreaves & Samani’s equation for environmental purposes

Teve-se por objetivo no presente trabalho estimar os valores do coeficiente de proporcionalidade KRs da equação de Hargreaves-Samani, para os períodos mensal, sazonal e anual para todo o território brasileiro. Dados climáticos diários de 356 estações meteorológicas (2006 a 2013), distribuídas em todas as regiões do país e em nove diferentes tipos climáticos, foram analisados em uma planilha, especialmente desenvolvida para essa finalidade, gerando medidas de tendência e dispersão dos valores de KRs para todo o território brasileiro. A partir dos valores calculados foram confeccionados mapas com o programa de geoprocessamento Surfer 8.0, utilizando o método de interpolação krigagem, para períodos mensais, estacionais e anuais. Nas análises, verificou-se que o KRs variou para todas as regiões e tipos climáticos analisados. Os maiores valores ocorreram nas regiões litorâneas e os menores valores ocorreram com o aumento da longitude e redução da latitude, porém essa tendência não é linear e genérica, ocorrendo áreas com valores maiores no interior do país e menores no litoral, como no litoral norte catarinense ao sul fluminense. O KRs também variou conforme os meses e estações do ano. As variações foram evidentes e graduais atingindo valores máximos no inverno e mínimos no verão. Os resultados foram importantes para estabelecer valores de referência mais precisos do que os recomendados na literatura para o cálculo da radiação solar incidente

CARACTERIZAÇÃO DO MEIO FÍSICO E FORMAS DE USO E OCUPAÇÃO DO SOLO DA BACIA DO RIO PEQUENO – PARANÁ

O presente trabalho teve como objetivo caracterizar o meio físico e formas de uso e ocupação do solo da bacia do rio Pequeno, situada no município de São José dos Pinhais – Estado do Paraná, analisando condições de uso atual em contraste com as características naturais do meio físico. Nas análises realizadas entre 2000 e 2006, envolvendo a integração dos dados obtidos, geotecnologias e elaboração de mapas, verificou-se que: (a) a área ocupada com vegetação natural foi reduzida em 11%, tornando o local mais sensível à exposição dos processos erosivos; (b) a urbanização aumentou 2% concentrando-se no encontro das águas do Rio Pequeno com o rio Iguaçu; (c) as atividades agrícolas intensificaram em solos frágeis (Organossolos) o que ocasiona inúmeros impactos negativos

POTENCIAL DE USO AGRÍCOLA E LEGISLAÇÃO AMBIENTAL VOLTADOS AO PLANEJAMENTO NA BACIA DO RIO PEQUENO-PR

O presente trabalho teve por objetivo elaborar para a bacia do Rio Pequeno, situada no município de São José dos Pinhais - PR, subsídios às diretrizes básicas de ação ambiental sustentável. O estudo foi baseado em análises das condições de uso atual em contraste com as características naturais do meio físico e do cruzamento desses dados com as limitações impostas pela legislação ambiental e, que associados às geotecnologias, proporcionaram como resultados a elaboração das cartas de Aptidão Agrícola das Terras e Conflitos do Uso e Ocupação Atual. Verificou-se que é necessário recuperar 41% da área para atender a legislação ambiental, 59% da área foi classificada como apta para a agricultura, devendo ocorrer preservação em 36% da área e, o uso adequado do solo obteve 59% de representatividade

Métodos alternativos de estimativa da evapotranspiração de referência anual e nas diferentes estações do ano em Curitiba-PR, Brasil

Curitiba-PR é um grande centro consumidor de alimentos, sua região metropolitana produz hortifrutigranjeiros durante o ano inteiro e quase a totalidade dos agricultores utiliza irrigação, sendo esse o principal custo da produção. No entanto, em muitos locais, por serem de difícil acesso, há carência de dados climáticos para obtenção da evapotranspiração de referência (ETo) por modelos consagrados, gerando a necessidade de testar modelos alternativos para essa estimativa que é tão importante para determinar a demanda hídrica vegetal na região, diminuindo os custos de produção e maximizando o uso eficiente da água. Teve-se como objetivo no presente trabalho avaliar cinco métodos alternativos (Thornthwaite, Camargo, Hargreaves e Samani, Budyko e Linacre) de estimativa da ETo em relação ao método de Penman-Monteith em Curitiba-PR, anualmente e nas diferentes estações do ano. Os dados climáticos compreenderam o período de 1998 a 2007. Os dados foram analisados por meio do coeficiente de correlação (R), índices de concordância e desempenho, e estimativas dos erros. O método de Camargo, seguido de Thornthwaite, demonstram melhor desempenho para estimativa anual da ETo em Curitiba-PR, necessitando pequena quantidade de dados de entrada para uma estimativa adequada. Considerando as estações do ano, os melhores métodos para o verão são Linacre, Camargo e Thornthwaite, para o outono é Camargo, para o inverno são Camargo, Linacre e Thornthwaite, e para a primavera são Linacre e Camargo. Os métodos de Hargreaves e Samani, e Budyko são inadequados para estimar a ETo para o tipo climático Cfb na região de Curitiba-PR