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Título: Hydropedology as support for water resources management in an experimental watershed at mantiqueira mountain range
Título(s) alternativo(s): Hidropedologia como suporte às análises de recarga de água em sub-bacia piloto de serviços ecossistêmicos no sudeste do Brasil
Autor : Silva, Bárbara Pereira Christofaro
Lattes: http://lattes.cnpq.br/6165248865810879
Primeiro orientador: Silva, Marx Leandro Naves
Primeiro membro da banca: Silva, Bruno Montoani
Segundo membro da banca: Rocha, Humberto Ribeiro da
Terceiro membro da banca: Viola, Marcelo Ribeiro
Quarto membro da banca: Curi, Nilton
Palavras-chave: Mapeamento digital de solos
Calibração sensores de umidade do solo
Sensores capacitivos
Séries temporais de umidade
Digital soil mapping
Soil moisture sensor calibration
Capacitive sensor
Time series of soil moisture
Data da publicação: 23-Mai-2019
Agência(s) de fomento: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Referência: SILVA, B. P. C. Hydropedology as support for water resources management in an experimental watershed at mantiqueira mountain range. 2019. 94 p. Tese (Doutorado em Ciência do Solo) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.
Resumo: A hidropedologia estuda as relações solo-água em escalas espaciais e temporais, a partir da integração entre a pedologia, a física do solo e a hidrologia. Conhecer as propriedades e a distribuição dos solos na paisagem é essencial para o planejamento e gestão dos recursos hídricos, tanto para exercer medidas experimentais eficientes, como para interpretar a dinâmica da água na paisagem. O presente trabalho foi desenvolvido na sub-bacias Posses, sub-bacia piloto pioneira no pagamento por serviços ecossistêmicos no Brasil. Os objetivos deste trabalho contemplam: 1) realizar o levantamento, a classificação e o mapeamento digital dos solos (MDS) da sub-bacia Posses, comparando diferentes algoritmos; 2) desenvolver equações de calibração de sensores de capacitância específicas para as classes de solos e horizontes monitorados na subbacia e; 3) levantar informações a respeito do padrão temporal da umidade em seis profundidades de Argissolos, em consonância com os atributos físico-hídricos do solo, em áreas de pastagem e reflorestamento. Para a confecção do mapa digital de solos, 74 perfis foram descritos, amostrados e classificados; três diferentes algoritmos comumente usados no MDS foram comparados com base na validação cruzada. Amostras de solo indeformadas foram coletadas nos horizontes A e B das classes de solo predominantes na sub-bacia para a calibração do sensor de capacitância em laboratório e diferentes modelos de regressão foram investigados. O comportamento temporal da umidade do solo foi monitorado em 4 perfis de Argissolos, sob pastagens e reflorestamento, com sensores PR2/profile probe, do período de 08/2014 a 03/2018. Amostras deformadas e indeformadas foram coletadas nos horizontes A e B dos quatro locais monitorados, para caracterização físico-hídrica. O modelo Random Forest, incluindo amostragem adicional, apresentou o melhor desempenho, e foi utilizado para confecção do mapa de solos da sub-bacia das Posses, onde há forte predominância de Argissolos. Equações de calibração específicias foram desenvolvidas para quatro classes de solo, ajustando modelos exponenciais, com acurácias de 0.02 m 3 m -3 . A partir das análises das séries temporais da umidade nos perfis dos Argissolos, foi constatado que a umidade do solo foi superior nas camadas de 10 e 20 cm do solo na área de reflorestamento, em relação às pastagens, e uma maior similaridade no padrão de variação da umidade entre os quatro locais com o aumento da profundidade do solo. As maiores diferenças no padrão de variação da umidade foram observadas nos períodos de menor ocorrência de chuvas. Nas profundidades abaixo de 30 cm, a umidade se manteve alta ao longo de todas as séries temporais, reflexo da alta capacidade de retenção de água dos Argissolos da sub-bacia das Posses e da elevada e bem distribuída precipitação.
Abstract: Hydropedology emerges with the aim of improving the studies of soil-water relations at spatial and temporal scales, from the interaction among pedology, soil physics, and hydrology. A key factor in the planning and management of water resources consists of knowledge of the properties and distribution of soils in the landscape, both to perform efficient experimental measures and to interpret the dynamics of water in the landscape. The present work was developed in the Posses subbasins, a pioneer sub-basin in the payment for ecosystem services in Brazil. The objectives of this work include: 1) to carry out the survey, classification and digital mapping of soil in the sub-basin and compare different algorithms; 2) to develop specific calibration equations of capacitance sensors for the soil classes and horizons monitored in the sub-basin and; 3) to obtain information about the temporal pattern of soil moisture in six depths of Argisols, according to the physic-hydric attributes of the soil, in pasture and reforestation areas. A soil survey was carried out and 74 soil profiles were described, sampled and classified for the production of the digital soil map. Three different algorithms were evaluated based on aggregated data from a proportional 5-fold crossvalidation procedure. Undisturbed soil samples were collected from the A and B horizons of the predominant soil classes in the sub-basin for the calibration of capacitance sensors in the laboratory and different regression models were investigated. Soil moisture temporal behavior was monitored in four Argisol profiles, under pasture and reforestation, with PR2 / profile probe sensors, from 08/2014 to 03/2018. Disturbed and undisturbed samples were collected from the A and B horizons of the four sites monitored for physical-hydric characterization. The random forest model including additional sampling showed the best performance among the three tested models and was selected to produce the soil map of the Posses sub-basin, where there is a strong predominance of Argisols. The capacitance sensors were calibrated by adjusting polynomial equations with an accuracy of 0.02 m 3 m -3 . Based on the analyses of the time series of soil moisture in the Argisol profiles, it was verified that the soil moisture was higher in the 10 and 20 cm soil layers in the reforestation area, when comparing to the pastures, and also that similarities in the soil moisture pattern, among the four sites, were higher as the depth of the soil increases. The greatest differences in the pattern of soil moisture variation were observed in periods of less rainfall. In soil depths below 30 cm, the soil moisture remained high throughout all the time series, reflecting the high water retention capacity of the Argisols of the Posses sub-basin and also the high and well-distributed rainfall.
URI: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/34368
Publicador: Universidade Federal de Lavras
Idioma: por
Aparece nas coleções:DCS - Ciência do Solo - Doutorado (Teses)

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