Régimen hídrico del suelo y evapotranspiración en áreas agrícolas y forestales

[Abstract] Water and soil are the most important resources for food production, and are also the basis for rural development, distribution of population and environmental conservation. In this sense, this thesis aimed to study the water regime, the dynamics of soil water and evapotranspiration in areas under agriculture and forest vegetation, using capacitance probes FDR (Frequency Domain Reflectometry) in the province of La Coruña. The study was conducted from June 2008 to December 2010, in soils of a watershed forest (specifically, an Eucalyptus globulus stand) called the Abelar, the Agricultural Research Center of Mabegondo (CIAM) (soils under grassland and corn) and natural grass plots located in the manor of Longora. All these sites are located in the province of La Coruña, Galicia, Spain. To study the soil water regime, PVC access tubes were installed in the study plots and soil water content was estimated using FDR probes. Then, using a water balance the evapotranspiration of the plots (ETr) was calculated. Simultaneously, crop evapotranspiration (E c) was estimated through the equation proposed by FAO, based on climatic variables. There was a wide variation of water content in the upper soil layers, this behavior was caused by the presence of crops and pastures in the CIAM, natural grassland in Longora and Eucalyptus trees in Abelar; this favors a rapid evaporation and transpiration from soils. During the dry seasons, summer and autumn, there wass less frequent rainfall affecting surface soil layers, causing a large variation in moisture content within the soil profile. In Abelar, due to the presence of deeper roots, a decrease of soil moisture was observed in the lower horizons during the drier seasons, whereas in the case of grassland and corn plots, which are sites with less influence of roots, this tendency was reduced. In general, in all the studied plots, ETc overestimates the ETr, especially in periods of low rainfall (summer and autumn); this trend decreased in periods of higher precipitation. The results allows us to affirm that, to calculate the evapotranspiration of vegetation cover and water balance using FDR capacitance probes, it is very important that water input data should be as accurate as possible, since those currently available, generally, are approximative. FDR sensors are viable as a tool for estimating water consumption in and to study of the dynamics of soil water in the studied plots.[Resumo] Os recursos auga e solo son os máis importantes para a produción de alimentos e conforman a base do desenvolvemento rural, a distribución da poboación no territorio e a conservación ambiental. Nese senso, esta tese ten por obxectivo estudar o réxime hídrico do solo, a dinámica da auga no solo e a evapotranspiración en áreas agrícolas e forestais, utilizando sondas de capacitancia FDR (Reflectometria no dominio da frecuencia) na provincia da Coruña. O estudo foi realizado a partir de Xuño de 2008 ata decembro de 2010, en solos dun bosque nunha conca hidrográfica (especificamente, un cultivo de Eucalyptus globulus), chamado Abelar, no Centro de Investigacións Agrarias de Mabegondo (CIAM) (solos baixo pasto e millo) e parcelas de herba natural situadas no Pazo de Longora, todos eles localizados na provincia da Coruña, Galicia, España. Para estudar o réxime de auga no solo, instaláronse tubos de PVC de acceso nas parcelas de estudo e estimouse contido de auga no solo con sondas FDR. A continuación, cun balance hídrico calculouse a evapotranspiración das parcelas (E r). Simultáneamente se estimou a evapotranspiración do cultivo (ETc) de acordo coa ecuación proposta pola FAO, baseada en variables climáticas. Houbo unha gran variación do contido de auga nas capas superiores do perfil do solo, este comportamento é debido á presenza de cultivos e pastos no CIAM, herba natural en Lóngora e ás árbores do Abelar, que favorecen a rápida evaporación e transpiración de auga dos solos. Durante a estación seca, verán e outono, hai choivas menos frecuentes que afectan os horizontes superficiais, creando unha gran variación no contido de humidade nos mesmos. Nas parcelas do Abelar, debido á presenza de raíces máis profundas, podemos ver que nos horizontes máis baixos e nas estacións máis secas, houbo unha caída de humidade do solo mentras que en sitios con menor influencia radicular, como é o caso dos pastos e o millo, esta tendencia é moi reducida. En xeral, en todas as parcelas estudadas a ETc sobreestima á ETr, especialmente en períodos de falta de chuvia (verán e outono), tendencia decrecente nos períodos de maior precipitación. Á luz dos resultados, podemos afirmar que, para calcular a evapotranspiración da cuberta vexetal e do balance hídrico, utilizando as sondas de capacidade FDR, é moi importante que os datos de entrada de auga sexan tan precisos como sexa posible, xa que os dispoñibles actualmente, xeralmente, son aproximados. O uso de sensores FDR é viable como ferramenta para calcular o consumo de auga nos cultivos e no estudo da dinámica da auga no solo nas parcelas de estudo

Use of TDR technique to estimate organic substrates moisture content and electrical conductivity

Orientador: Edson Eiji MatsuraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia AgricolaResumo: O aumento na utilização de estufas para produção agrícola e o conseqüente cultivo em recipientes fez com que houvesse uma substituição de solos por substratos para plantas. Em cultivos em substratos, o pequeno volume e o baixo efeito tampão podem ocasionar prejuízos na produção, mas também podem aumentar as chances de sucesso agronômico. Conseqüentemente um sistema sensível como este deve ser continuamente monitorado, a fim de se obter bons resultados. É preciso avaliar metodologias que determinem a umidade (?) e condutividade elétrica (CE) nos substratos, com maior rapidez e in situ, mantendo boa correlação com o método padrão. Das várias propostas para determinação da umidade e CE dos meios porosos, a técnica da TDR (Reflectometria no domino do tempo) vem despertando cada vez mais interesse, pois apresentam características desejáveis, como a mensuração em tempo real e a possibilidade de leituras automatizadas, porém apresenta como desvantagens seu alto custo e sua necessidade de calibração. Apesar da técnica da TDR para determinação de umidade em solos ser mais estudada é necessário novos conhecimentos acerca desta técnica quando se utiliza substratos. O objetivo deste trabalho foi de avaliar o uso da técnica TDR na estimativa de umidade e condutividade elétrica em dois substratos orgânicos: casca de pinus (CP) e fibra de coco (FC), na qual, determinou-se as principais características físicas destes substratos (densidade, granulometria e curva de retenção de umidade). A calibração da TDR foi feita através de duas metodologias; umedecimento e secagem do substrato. Já para estimativa da condutividade elétrica utilizou-se modelos matemáticos desenvolvidos por Rhoades et al., (1976). Os resultados mostraram que os valores da constante dielétrica (Ka) e da umidade volumétrica (?) dos substratos puderam ser ajustados através de equações polinomiais cúbicas, estatisticamente significativas a nível de1%. Conclui-se que o uso da TDR para estimativa de umidade em substratos é possível, desde que se faça a calibração para cada um. Além disso, houve correlação da condutividade elétrica determinada pela TDR com a condutividade elétrica determinada pelo condutivímetro no extrato de solução dos substratos, possibilitando o uso da TDR na estimativa de condutividade elétrica nos substratos estudadosAbstract: The increasing use of greenhouse in agricultural production and the resulting grow of container crops is determining the substitution of soil for substrates. The small container volume and the low tampon effect can cause failures in substrate crops production, but also has the potential to increase the opportunities of agronomic success. Therefore, this sensible production system must be continuously monitored in order to obtain good results. So, more precise and fast methodologies that determine in situ the water content and electrical conductivity (EC) in substrates has to be evaluated, when compared to standard method. From the several proposals methods to determinate water content and EC in a porous means, the technique of the TDR (Time Domain Reflectometry) show some desirable characteristics, like real time measurements and the possibility of automated readings. Some disadvantages of this technique are the high initial cost and necessity of calibration. Although, the number of information of TDR use in soil moisture determination its use in substrate still needs more developments. The objective of this work was to evaluate the use of TDR technique in the measurement of water content and electrical conductivity in two organic substrates: pine bark (CP) and coconut fiber (FC). The specific gravity, particle size distribution and water content retention curve of both substrates were determined. The calibration of the TDR was done using two methodologies: dryness and saturation cycles. In the electrical conductivity determination it was applied mathematical models developed by Rhodes et al. (1976). The results showed that the values of water content and dielectric constant of the substrates can be mathematically adjust in cubic polynomial equations with 1% significant level. Therefore, the use of TDR technique of the TDR is feasible since a calibration curve is determined for each substrate. In addition, there was correlation of the electrical conductivity determined by the TDR with the electrical conductivity determined in the extract saturation by conductivimeter, making possible the use of the TDR in the EC measuring of the studied substratesMestradoAgua e SoloMestre em Engenharia Agrícol

Caracterização física de dois substratos orgânicos para plantas e a estimativa da umidade por meio da reflectometria no domínio do tempo Physical characterization of two organic substrates for plants and the estimate of water content through the time domain reflectometry

O crescente uso de substratos na produção agrícola e no cultivo em ambiente protegido, promove produção em grande escala. Nesse sentido, as caracterizações químicas, biológicas e físicas desses materiais se fazem necessárias à proposição e à avaliação de padrões de qualidade que devem preceder a sua comercialização. As propriedades físicas dos substratos influenciam no bom desenvolvimento da plantas, sobretudo, no manejo de irrigação, onde a compreensão da relação retenção de água e aeração é imprescindível. Para tanto, mostra-se necessário que também se determine o volume de água presente nos substratos utilizados. Nesse sentido, o uso da reflectometria no domínio do tempo (TDR) pode representar um avanço em estudos dessa natureza. Dessa forma, baseado na determinação das curvas de retenção de água, neste trabalho, foram feitas as caracterizações físicas de dois substratos orgânicos: casca de pinus e fibra de coco. Também foram ajustadas, para cada um dos substratos avaliados, uma curva de calibração, através da qual, por meio da técnica da TDR, estimou-se o seu conteúdo de água. De maneira geral, com exceção da densidade seca, os substratos em estudo apresentaram características físicas da relação ar-água muito semelhantes. Quando comparado com os valores obtidos pelo método gravimétrico, na faixa de água facilmente disponível, a técnica da TDR apresentou um bom desempenho na estimativa da umidade de ambos substratos apresentando um coeficiente de determinação de 0,9319 para a casca de pinus e de 0,9385 para a fibra de coco.<br>The increasing use of substrates on agricultural production and controlled environment has been promoting its large scale production. In this way, chemical, biological and physical characterizations of these materials are necessary to the quality standard proposal and evaluation which must precede its commercialization. High plants development has been influenced by substrates physical properties, mainly on irrigation handling, where understanding about water retention and pore aeration is essential. Water volume determination on substrates used during experiments has been necessary, and in this way the use of the Time Domain Reflectometry (TDR) can represent an advance about this kind of researches. Based on water retention curve determination, this research, has been carried on physical characterizations of two organic substrates: coconut fiber and pine bark substrates. Also, a calibration curve has been adjusted for each tested substrates, and through TDR technique was estimated the water content. In a general, except to the dry density, the tested substrates has showed similar characteristics about its water-air relation. In the range readily available water, for both tested substrates, the TDR technique has showed a good performance on the water content estimative, with a determination coefficient of 0.9319 to the pine barks and 0.9385 to the coconut fiber