Hot spots, hot moments, and spatio-temporal controls on soil CO2 efflux in a water-limited ecosystem

Soil CO2 efflux is the primary source of CO2 emissions from terrestrial ecosystems to the atmosphere. The rates of this flux vary in time and space producing hot moments (sudden temporal high fluxes) and hot spots (spatially defined high fluxes), but these high reaction rates are rarely studied in conjunction with each other. We studied temporal and spatial variation of soil CO2 efflux in a water-limited Mediterranean ecosystem in Baja California, Mexico. Soil CO2 efflux increased 522% during a hot moment after rewetting of soils following dry summer months. Monthly precipitation was the primary driver of the seasonal trend of soil CO2 efflux (including the hot moment) and through changes in soil volumetric water content (VWC) it influenced the relationship between CO2 efflux and soil temperature. Geostatistical analyses showed that the spatial dependence of soil CO2 efflux changed between two contrasting seasons (dry and wet). During the dry season high soil VWC was associated with high soil CO2 efflux, and during the wet season the emergence of a hot spot of soil CO2 efflux was associated with higher root biomass and leaf area index. These results suggest that sampling designs should accommodate for changes in spatial dependence of measured variables. The spatio-temporal relationships identified in this study are arguably different from temperate ecosystems where the majority of soil CO2 efflux research has been done. This study provides evidence of the complexity of the mechanisms controlling the spatio-temporal variability of soil CO2 efflux in water-limited ecosystems. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Congruent spatial and temporal foraging by a dominant ant (Hym., Formicidae) and its replacement in an assemblage in a large urban structure in southeastern Brazil

At fixed bail stations in a large institutional setting in Brazil, the temporal and spatial pattern of usage of the dominant species of ant was studied. The ant Crematogaster cf. magnifica, was found in 91% of sampling points. These studies were conducted using the same points as a previous study of tile then dominant ant. Monomorium pharaonis, which was found to have declined from 93% to 3% spatial point occupation. The frequency of point usage during this study was significantly different from the Poisson distribution for both species, indicating non-random use of space. Crematogaster cf. magnifica was significantly more spatially exclusive than had been documented for M. pharaonis, and the probability of points originally occupied by M. pharaonis later becoming occupied by C. cf. magnifica was in excess of 90%. Temporal bait exploitation patterns of the two species did not differ. These data demonstrate that structural ant communities can change over time without human intervention, although short- term stability is characteristic of the urban dominant ants in subtropical Brazil.

Development of technologies and methods for monitoring the spatial variability of air temperature in greenhouse environment

Climatic factors directly influence growth and productivity of plants inside greenhouses, where temperature can be considered one of the major parameter in this context. Thus, the aim of this research was to develop a low cost device for thermal sensing and data acquisition, and use it in data collection and analysis of spatial variability of temperature inside a greenhouse with tropical climate. The developed equipment for thermal measurements showed a high degree of accuracy and fast responses in measurements, proving its efficiency. The data analysis interpretations were made from the elaborations of variograms and of tridimensional maps generated by a geostatistical software. The processed data analysis presented that a greenhouse without thermal control has spatial variations of air temperature, both in the sampled horizontals layers as in the three analyzed vertical columns, presenting variations of up to 3.6 ºC in certain times.

Starch accumulation in cassava roots: spatial and temporal distribution

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estimating abundance and spatial distribution patterns of the bubble crab Dotilla fenestrata (Crustacea : Brachyura)

The bubble crab Dotilla fenestrata forms very dense populations on the sand flats of the eastern coast of Inhaca Island, Mozambique, making it an interesting biological model to examine spatial distribution patterns and test the relative efficiency of common sampling methods. Due to its apparent ecological importance within the sandy intertidal community, understanding the factors ruling the dynamics of Dotilla populations is also a key issue. In this study, different techniques of estimating crab density are described, and the trends of spatial distribution of the different population categories are shown. The studied populations are arranged in discrete patches located at the well-drained crests of nearly parallel mega sand ripples. For a given sample size, there was an obvious gain in precision by using a stratified random sampling technique, considering discrete patches as strata, compared to the simple random design. Density average and variance differed considerably among patches since juveniles and ovigerous females were found clumped, with higher densities at the lower and upper shore levels, respectively. Burrow counting was found to be an adequate method for large-scale sampling, although consistently underestimating actual crab density by nearly half. Regression analyses suggested that crabs smaller than 2.9 mm carapace width tend to be undetected in visual burrow counts. A visual survey of sampling plots over several patches of a large Dotilla population showed that crab density varied in an interesting oscillating pattern, apparently following the topography of the sand flat. Patches extending to the lower shore contained higher densities than those mostly covering the higher shore. Within-patch density variability also pointed to the same trend, but the density increment towards the lowest shore level varied greatly among the patches compared.

Soil texture spatial variability of different parent material in pereira barreto, São Paulo state

The variation of soil textural characteristics is a function of the relief and parent materials. The objective of this work was to study soil texture spatial variability from different parent material in Pereira Barreto, SP. An area of 530.67 hectares was mapped through the use of Global Positioning System receivers and obtaining of Digital Elevation Models. A set of 201 soil samples was collected from every seven hectares, at three depths: 0 - 0.25 m; 0.25 - 0.50 m; and 0.80 - 1.00 m. The amounts of sand, silt and clay were obtained by the pipette method and analyzed by both descriptive statistics and geostatistics. Soil textures varied as a function of parent materials and topography.

Spatial variability of physical attributes of an alfisol under different hillslope curvatures

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Spatial variability of aggregate stability in latosols under sugarcane

Solos submetidos ao mesmo sistema de manejo manifestam variabilidade espacial diferenciada de seus atributos. A variabilidade espacial da estabilidade de agregados foi caracterizada em um Latossolo Vermelho distrófico e Latossolo Vermelho eutroférrico, sob cultivo de cana-de-açúcar. Foram realizadas amostragens de terra nos pontos de interseção de uma malha de 10 x 10 linhas, espaçadas de 10 m, totalizando 100 pontos de amostragem por área, coletadas nas camadas de 0,0-0,2 e 0,2-0,4 m de profundidade, para determinação de diâmetro médio geométrico (DMG), diâmetro médio ponderado (DMP), agregados na classe >2,0 mm e teor de matéria orgânica do solo. O Latossolo Vermelho eutroférrico apresenta maior estabilidade de agregados quando comparado com o Latossolo Vermelho distrófico, condizente com o maior teor de argila, matéria orgânica e mineralogia gibbsítica. A evolução diferenciada dos Latossolos estudados explica os maiores alcances, o menor coeficiente de variação (CV) e a menor variabilidade, observados no Latossolo Vermelho eutroférrico para todos os atributos estudados.

Spatial variability of soil CO2 emission in different topographic positions

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

GPS receivers for georeferencing of spatial variability of soil attributes

A caracterização da variabilidade espacial dos atributos do solo é indispensável para subsidiar práticas agrícolas de maneira sustentável. A utilização da geoestatística para caracterizar a variabilidade espacial desses atributos, como a resistência mecânica do solo à penetração (RP) e a umidade gravimétrica do solo (UG), é, hoje, prática usual na agricultura de precisão. O resultado da análise geoestatística é dependente da densidade amostral e de outros fatores, como o método de georreferencimento utilizado. Desta forma, o presente trabalho teve como objetivo comparar dois métodos de georreferenciamento para a caracterização da variabilidade espacial da RP e da UG, bem como a correlação espacial dessas variáveis. Foi implantada uma malha amostral de 60 pontos, espaçados em 20 m. Para as medições da RP, utilizou-se de penetrógrafo eletrônico e, para a determinação da UG, utilizou-se de trado holandês (profundidade de 0,0-0,1 m). As amostras foram georreferenciadas, utilizando-se do método de Posicionamento por Ponto Simples (PPS), com de (retirar) receptor GPS de navegação, e Posicionamento Relativo Semicinemático, com receptor GPS geodésico L1. Os resultados indicaram que o georreferenciamento realizado pelo PPS não interferiu na caracterização da variabilidade espacial da RP e da UG, assim como na estrutura espacial da relação dos atributos.

Small relief shape variations influence spatial variability of soil chemical attributes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Spatial variability of soil physical properties in two management systems in sugarcane crop

O objetivo deste trabalho foi caracterizar a variabilidade espacial da densidade do solo (Ds), teor de água no solo (θ) e porosidade total (Pt) em dois sistemas de manejo da colheita da cana-de-açúcar, com queima e sem queima, em um Latossolo Vermelho, na camada de 0-0,20 m. A área de estudo está localizada no município de Rio Brilhante-MS, na Usina Eldorado. A parcela de cada talhão apresentou malha com comprimento de 180 m e largura de 145,6 m, perfazendo 90 pontos distribuídos na forma de uma grade de nove colunas por dez linhas, com pontos distanciados 20 m de seu vizinho. Foram coletadas amostras de solo na camada de 0-0,20 m, nos anos agrícolas de 2007/2008 e 2008/2009. O sistema de colheita com queima apresentou maior densidade em relação ao mecanizado, nos dois períodos de análise. O teor de água no solo, assim como a porosidade, teve aumento proporcional com relação à diminuição da densidade do sistema de colheita com queima para com o mecanizado.

Soil sampling intensity and spatial distribution pattern of soils attributes and corn yield in no-tillage system

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Spatial variability of soil penetration resistance influenced by season of sampling

O objetivo deste trabalho foi analizar a distribuição espacial da compactação do solo e a influência da umidade do solo na resistência à penetração. Esta última variável foi descrita pelo índice de cone. O solo estudado foi Nitossolo e os dados de índice de cone foram obtidos usando um penetrômetro. A resistência do solo foi avaliada a 5 profundidades diferentes, 0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm, 30-40 cm e mais de 40 cm, porém o conteúdo de umidade do solo foi medido a 0-20 cm e 20-40 cm. As condições hídricas do solo variaram nas diferentes amostragems. Os coeficientes de variação para o índice de cone foram 16,5% a 45,8% e os do conteúdo de umidade do solo variaram entre 8,96% e 21,38%. Os resultados sugeriram elevada correlação entre a resistência do solo, estimada pelo índice de cone e a profundidade do solo. Sem embargo, a relação esperada com a umidade do solo não foi apreciada. Observou-se dependência espacial em 31 de 35 séries de dados de índice de cone e umidade do solo. Esta dependência foi ajustada por modelos exponenciais com efeito pepita variável de 0 a 90% o valor do patamar. em séries de dados o comportamento foi aleatório. Portanto, a técnica das distâncias inversas foi utilizada para cartografar a distribuição das variáveis que não tiveram estrutura espacial. Na krigagem constatou-se uma suavização dos mapas comparados com esses das distâncias inversas. A krigagem indicadora foi utilizada para cartografar a variabilidade espacial do índice de cone e recomendar melhor manejo do solo.

Spatial-temporal variation of Paralonchurus brasiliensis (Actinopterygii: Sciaenidae) density in relation to some environmental factors on the inner shelf of south-eastern Brazilian coast

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)