Evaluation of a linear spectral mixture model and vegetation indices (NDVI and EVI) in a study of schistosomiasis mansoni and Biomphalaria glabrata distribution in the state of Minas Gerais, Brazil

This paper analyses the associations between Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Enhanced Vegetation Index (EVI) on the prevalence of schistosomiasis and the presence of Biomphalaria glabrata in the state of Minas Gerais (MG), Brazil. Additionally, vegetation, soil and shade fraction images were created using a Linear Spectral Mixture Model (LSMM) from the blue, red and infrared channels of the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer spaceborne sensor and the relationship between these images and the prevalence of schistosomiasis and the presence of B. glabrata was analysed. First, we found a high correlation between the vegetation fraction image and EVI and second, a high correlation between soil fraction image and NDVI. The results also indicate that there was a positive correlation between prevalence and the vegetation fraction image (July 2002), a negative correlation between prevalence and the soil fraction image (July 2002) and a positive correlation between B. glabrata and the shade fraction image (July 2002). This paper demonstrates that the LSMM variables can be used as a substitute for the standard vegetation indices (EVI and NDVI) to determine and delimit risk areas for B. glabrata and schistosomiasis in MG, which can be used to improve the allocation of resources for disease control.

Definition of tolerable soil erosion values

Although the criteria for defining erosion tolerance are well established, the limits generally used are not consistent with natural, economical and technological conditions. Rates greater than soil formation can be accepted only until a minimum of soil depth is reached, provided that they are not associated with environmental hazard or productivity losses. A sequence of equations is presented to calculate erosion tolerance rates through time. The selection of equation parameters permits the definition of erosion tolerance rates in agreement with environmental, social and technical needs. The soil depth change that is related to irreversible soil degradation can be calculated. The definition of soil erosion tolerance according to these equations can be used as a guideline for sustainable land use planning and is compatible with expert systems.

Comparação entre os métodos da transeção linear e fotográfico na avaliação de cobertura vegetal morta, sob dois métodos de preparo, após a colheita da soja

A eficácia da cobertura vegetal morta no controle da erosão pode ser avaliada através de dois indicadores principais: a porcentagem de cobertura do solo pelos resíduos culturais e sua persistência sobre a superfície ao longo do tempo. O preparo do solo, por sua vez, pode exercer influência significativa sobre esses indicadores. O trabalho foi realizado no campo, no município de Eldorado do Sul, Depressão Central do Rio Grande do Sul. Avaliou-se a persistência da cobertura vegetal morta durante um período de pousio, que foi de maio de 1989 a abril de 1990, em sucessão à cultura da soja. Os resíduos dessa cultura foram manejados sem preparo, por escarificação e por gradagem. A porcentagem de cobertura do solo pelos resíduos culturais foi quantificada pelo método fotográfico e pelo da transeção linear. A cultura da soja produziu cobertura vegetal morta em pequena quantidade e de baixa durabilidade. A distribuição dos resíduos na superfície, sem preparo do solo, foi o tratamento que possibilitou melhor correlação (R²) entre os índices de cobertura obtidos pelos dois métodos testados. Nas áreas sob gradagem ou escarificação do solo, os índices de cobertura obtidos pelo método fotográfico foram superiores aos da transeção linear, enquanto, na área sem preparo do solo, houve similaridade entre os resultados dos dois métodos.

Correlação linear e espacial entre o rendimento de grãos do feijoeiro e a resistência mecânica à penetração em um Latossolo Vermelho distrófico

A resistência mecânica à penetração apresentada pelo solo exerce grande influência sobre o desenvolvimento vegetal, uma vez que o crescimento das raízes, assim como o rendimento das culturas, varia de forma inversamente proporcional ao seu valor. No ano agrícola de 2001/2002, na Fazenda Experimental de Ensino e Pesquisa da Faculdade de Engenharia/UNESP - Campus de Ilha Solteira, foram analisados o rendimento de grãos do feijoeiro (PG) e a resistência mecânica à penetração (R), de um Latossolo Vermelho distrófico. O objetivo foi apurar diretrizes relacionadas com o aumento da produtividade agrícola em questão, estudando a correlação linear e a espacial entre a PG e a R. Foi instalada uma rede geoestatística para a coleta dos dados do solo e da planta, estabelecida com espaçamentos de 5 x 5 m e 2,5 x 2,5 m, que continham 120 pontos amostrais distribuídos numa área de 1.875 m². A correlação linear entre a PG e a R foi praticamente nula, uma vez que, dependendo das profundidades estudadas do solo, apresentou coeficientes de correlação (r) menores do que 0,20. A análise geoestatística apresentou boa estrutura de dependência espacial, tanto para a PG quanto para a R, quando analisadas isoladamente. Entretanto, a análise espacial conjunta de tais atributos apresentou-se inconsistente. Assim, com o aumento da resistência mecânica à penetração, em determinada região do solo ocorreu ora aumento, ora diminuição do rendimento de grãos do feijoeiro.

Correlação linear e espacial entre a produtividade de forragem, a porosidade total e a densidade do solo de Pereira Barreto (SP)

Em relação aos sistemas de manejo adotados pelo homem, a porosidade total e a densidade do solo são atributos ativamente alterados, refletindo decisivamente sobre a produtividade vegetal agrícola. No ano agrícola de 2005, na Fazenda Bonança, no município de Pereira Barreto, Estado de São Paulo, Brasil, foram analisadas a produtividade de forragem do milho outonal (MSF) no sistema plantio direto irrigado, a porosidade total (PT) e a densidade do solo (DS) em profundidade, em um Latossolo Vermelho distrófico. O objetivo foi estudar a variabilidade e as correlações lineares e espaciais entre os atributos da planta e do solo, visando selecionar um indicador da qualidade física do solo de boa representatividade para produtividade da forragem. Foi instalada a malha geoestatística, para coleta de dados do solo e planta, contendo 125 pontos amostrais, numa área de 2.500 m². Os atributos estudados, além de não terem variado aleatoriamente, apresentaram variabilidade dos dados entre média e baixa e seguiram padrões espaciais bem definidos, com alcance entre 6,8 e 23,7 m. Por sua vez, a correlação linear entre o atributo da planta e os do solo, em razão do elevado número de observações, foi baixa. As observações de melhor correlação com a MSF foram a DS1 e a PT1. Entretanto, do ponto de vista espacial, houve excelente correlação inversa entre a MSF e a DS1, assim como entre a DS1 e a PT1. Nos sítios onde a DS1 aumentou (1,45-1,64 kg dm-3) a MSF variou entre 11.653 e 14.552 kg ha-1; já naqueles onde diminuiu (1,35-1,45 kg dm-3) a MSF, ficou entre 14.552 e 17.450 kg ha-1. Portanto, a densidade global, avaliada na camada de 0-0,10 m (DS1), apresentou-se como satisfatório indicador da qualidade física do solo de Pereira Barreto (SP), quando destinado à produtividade de forragem do milho outonal.

Correlação linear e espsacial entre a produtividade de feijão e a porosidade de um Latossolo Vermelho de Selvíria (MS)

A porosidade do solo exerce grande influência sobre o crescimento e desenvolvimento vegetal, uma vez que o crescimento das raízes, tal como a produtividade das culturas, é limitado pela profundidade que atingem. Portanto, o objetivo deste trabalho foi estudar a variabilidade espacial e as correlações lineares entre a produtividade de feijão e a porosidade do solo. No ano de 2004/2005, no município de Selvíria, MS, foram analisadas a produtividade de grãos de feijão (PG), cultivar IAC Carioca, irrigado, a macroporosidade (MA), a microporosidade (MI) e a porosidade total (PT) do solo em quatro profundidades: 1 (0,0-0,10); 2(0,10-0,20); 3(0,20-0,30) e 4(0,30-0,40 m), num Latossolo Vermelho distroférrico. As amostras de solo e planta foram coletadas em uma malha geoestatística com 75 pontos espaçados de 10 x 10 m, mais 60 pontos de quatro malhas de refinamento numa área de 50 x 150 m. Os atributos estudados, além de não terem variado aleatoriamente, apresentaram média e baixa variabilidades. Seguiram padrões espaciais bem definidos, com alcances entre 11,70 e 104,40 m. A correlação linear entre o atributo da planta e os do solo, em função do elevado número de observações, foi baixa. As de melhor correlação linear com a PG foram a MA1, MI1 e a PT3. Entretanto, do ponto de vista espacial, houve excelente correlação inversa entre a PG e a #PT2. Assim, nos sítios onde a #PT2 diminuiu (0,030-0,045 m³ m-3 ), a PG variou entre 2.173 e 3.529 kg ha-1. Já naqueles onde aumentou (0,045-0,076 m³ m-3 ), a PG ficou entre 1.630-2.173 kg ha-1. Assim, a porosidade total do solo, quando avaliada na camada de 0,10-0,20 m (#PT2), indicou a importância do contato raiz/solo e, de modo inverso, apresentou satisfatório indicador da qualidade física do solo estudado, quando destinado à produtividade de grãos de feijão irrigado.

Correlação linear e espacial entre a resistência do solo ao penetrômetro e a produtividade do feijoeiro irrigado

A resistência do solo ao penetrômetro exerce grande influência sobre o crescimento e desenvolvimento vegetal, uma vez que o crescimento das raízes, assim como o rendimento das culturas, varia de forma inversamente proporcional ao seu valor. Dessa forma, a análise da variabilidade espacial da resistência do solo ao penetrômetro e da produtividade, por meio da geoestatística, pode indicar alternativas de manejo para reduzir os efeitos da variabilidade do solo sobre a produtividade e também melhorar a estimativa de respostas das culturas sob determinadas práticas de manejo. Diante do exposto, o objetivo deste trabalho foi relacionar e caracterizar a variabilidade espacial da resistência do solo ao penetrômetro (RP) e a produtividade do feijoeiro irrigado em sistema de semeadura direta, em duas safras consecutivas. O experimento foi realizado em Latossolo Vermelho distroférrico típico, no campo experimental da Faculdade de Engenharia Agrícola da Unicamp, no município de Campinas-SP, cujas coordenadas geográficas são: 22 ° 48 ' 57 " de latitude sul, 47 ° 03 ' 33 " de longitude oeste e altitude média de 640 m. As avaliações foram realizadas em uma malha regular de amostragem de 3 x 3 m, totalizando 60 pontos amostrais por parcela. A análise da dependência espacial foi avaliada pela geoestatística, e os parâmetros dos semivariogramas utilizados para construir mapas de isolinhas, por meio do interpolador de krigagem do programa Surfer 8.0. A regressão linear simples entre mapas (pixel-a-pixel) mostrou correlação negativa entre os valores de RP e a produtividade; no entanto, a produtividade do feijoeiro irrigado apresentou baixa correlação com a resistência do solo ao penetrômetro em sistema semeadura direta nas duas safras.

Aplicabilidade do lisem (limburg soil erosion) para simulação hidrológica em uma bacia hidrográfica tropical

As variáveis de entrada do modelo LISEM, mais importantes do ponto de vista da gênese do escoamento superficial direto (umidade do solo antecedente aos eventos de precipitação pluvial (θap) e espessura da camada de solo considerada no balanço hídrico) foram calibrados para eventos individuais de precipitação pluvial ocorridos na bacia hidrográfica do ribeirão Marcela, da região Alto Rio Grande, MG. Avaliou-se, também, a influência de diferentes cenários nas variáveis do escoamento superficial direto. O modelo apresentou elevada sensibilidade à umidade do solo, sendo este sua principal variável de calibração. A influência da camada de balanço hídrico esteve associada à umidade de calibração, observando-se que, quanto maior a profundidade, maior a umidade requerida para calibrar o modelo. Os cenários mata natural, eucalipto e café, aos 35 meses após o plantio, atenuaram as vazões máximas de 37,6; 42,2; e 28,0 %, cuja intensidade de precipitação pluvial foi de 48,0 mm h-1. O modelo hidrológico LISEM apresentou resultados satisfatórios na simulação hidrológica do escoamento superficial direto, mostrando que pode ser aplicado para previsão do comportamento hidrológico de bacias hidrográficas tropicais, desde que devidamente calibrado.

Numerical analysis of the impact of charcoal production on soil hydrological behavior, runoff response and erosion susceptibility

The impact of charcoal production on soil hydraulic properties, runoff response and erosion susceptibility were studied in both field and simulation experiments. Core and composite samples, from 12 randomly selected sites within the catchment of Kotokosu were taken from the 0-10 cm layer of a charcoal site soil (CSS) and adjacent field soils (AFS). These samples were used to determine saturated hydraulic conductivity (Ksat), bulk density, total porosity, soil texture and color. Infiltration, surface albedo and soil surface temperature were also measured in both CSS and AFS. Measured properties were used as entries in a rainfall runoff simulation experiment on a smooth (5 % slope) plot of 25 x 25 m grids with 10 cm resolutions. Typical rainfall intensities of the study watershed (high, moderate and low) were applied to five different combinations of Ks distributions that could be expected in this landscape. The results showed significantly (p < 0.01) higher flow characteristics of the soil under charcoal kilns (increase of 88 %). Infiltration was enhanced and runoff volume reduced significantly. The results showed runoff reduction of about 37 and 18 %, and runoff coefficient ranging from 0.47-0.75 and 0.04-0.39 or simulation based on high (200 mm h-1) and moderate (100 mm h-1) rainfall events over the CSS and AFS areas, respectively. Other potential impacts of charcoal production on watershed hydrology were described. The results presented, together with watershed measurements, when available, are expected to enhance understanding of the hydrological responses of ecosystems to indiscriminate charcoal production and related activities in this region.

Soil and nutrient losses in erosion gullies at different degrees of restoration

The most advanced stage of water erosion, the gully, represents severe problems in different contexts, both in rural and urban environments. In the search for a stabilization of the process in a viable manner it is of utmost importance to assess the efficiency of evaluation methodologies. For this purpose, the efficiency of low-cost conservation practices were tested for the reduction of soil and nutrient losses caused by erosion from gullies in Pinheiral, state of Rio de Janeiro. The following areas were studied: gully recovered by means of physical and biological strategies; gullies in recovering stage, by means of physical strategies only, and gullies under no restoration treatment. During the summer of 2005/2006, the following data sets were collected for this study: soil classification of each of the eroded gully areas; planimetric and altimetric survey; determination of rain erosivity indexes; determination of amount of soil sediment; sediment grain size characteristics; natural amounts of nutrients Ca, Mg, K and P, as well as total C and N concentrations. The results for the three first measurements were 52.5, 20.5, and 29.0 Mg in the sediments from the gully without intervention, and of 1.0, 1.7 and 1.8 Mg from the gully with physical interventions, indicating an average reduction of 95 %. The fully recovered gully produced no sediment during the period. The data of total nutrient loss from the three gullies under investigation showed reductions of 98 % for the recovering gully, and 99 % for the fully recovered one. As for the loss of nutrients, the data indicate a nutrient loss of 1,811 kg from for the non-treated gully. The use of physical and biological interventions made it possible to reduce overall nutrient loss by more than 96 %, over the entire rainy season, as compared to the non-treated gully. Results show that the methods used were effective in reducing soil and nutrient losses from gullies.

Rainfall erosivity and rainfall return period in the experimental watershed of Aracruz, in the coastal plain of Espirito Santo, Brazil

Knowledge on the factors influencing water erosion is fundamental for the choice of the best land use practices. Rainfall, expressed by rainfall erosivity, is one of the most important factors of water erosion. The objective of this study was to determine rainfall erosivity and the return period of rainfall in the Coastal Plains region, near Aracruz, a town in the state of Espírito Santo, Brazil, based on available data. Rainfall erosivity was calculated based on historic rainfall data, collected from January 1998 to July 2004 at 5 min intervals, by automatic weather stations of the Aracruz Cellulose S.A company. A linear regression with individual rainfall and erosivity data was fit to obtain an equation that allowed data extrapolation to calculate individual erosivity for a 30-year period. Based on this data the annual average rainfall erosivity in Aracruz was 8,536 MJ mm ha-1 h-1 yr-1. Of the total annual rainfall erosivity 85 % was observed in the most critical period October to March. Annual erosive rains accounted for 38 % of the events causing erosion, although the runoff volume represented 88 % of the total. The annual average rainfall erosivity return period was estimated to be 3.4 years.

The costs of soil erosion

The aim of this study was a survey of the estimated costs of soil erosion, an issue of fundamental importance in view of the current worldwide discussions on sustainability. A list was drawn up of research papers on erosion (on-site and off-site effects) and their respective costs. The estimates indicate the amount of resources spent in the process of soil degradation, raising a general awareness of the need for soil conservation. On-site costs affect the production units directly, while off-site costs create a burden borne by the environment, economy and society. In addition, estimating the costs of soil erosion should be effective to alert the agricultural producers, society and government for the need for measures that can be implemented to bring erosion under control. Among the various estimates of soil erosion costs between 1933 a 2010, the highest figure was 45.5 billion dollars a year for the European Union. In the United States, the highest figure was 44 billion dollars a year. In Brazil, estimates for the state of Paraná indicate a value of 242 million dollars a year, and for the state of São Paulo, 212 million dollars a year. These figures show, above all, that conservation measures must be implemented if crop and livestock farming production are to be sustainable.

Effects of erosion and deposition on particle size distribution of deposited farmland soils on the chinese loess plateau

Particle size distribution (PSD) in the soil profile is strongly related to erosion, deposition, and physical and chemical processes. Water cycling and plant growth are also affected by PSD. Material sedimented upstream of the dam constructions formed large areas of deposited farmland (DF) soils on the Chinese Loess Plateau (CLP), which has been the site of the most severe soil erosion in the world. Two DFs without tillage on the CLP were chosen to study the combined effect of erosion and check dams on PSD. Eighty-eight layers (each 10 cm thick) of filled deposited farmland (FDF) soils and 22 layers of silting deposited farmland (SDF) soils of each studied soil profile were collected and 932 soil samples were investigated using laser granulometry. The particle sizes were stratified in both DFs based on soil properties and erosion resistance. The obtained results of clay and silt fractions showed similar horizontal distribution, indicating parallel characteristics of erosion and deposition processes. Fine sand represented the largest fraction, suggesting the preferential detachment of this fraction. The most erodible range of particle sizes was 0.25-0.5 mm, followed by 0.2-0.25 mm in the studied soil profiles. The correlation between particle size and soil water contents tended to increase with increasing water contents in FDF. Due to the abundant shallow groundwater, the relationship between particle size and soil water content in SDF was lost. Further studies on PSD in the DF area are needed to enhance the conservation management of soil and water resources in this region.

Spatial and linear correlations between soil and corn

The Technologies setting at Agricultural production system have the main characteristics the vertical productivity, reduced costs, soil physical, chemical and biological improvement to promote production sustainable growth. Thus, the study aimed to determine the variability and the linear and special correlations between the plant and soil attributes in order to select and indicate good representation of soil physical quality for forage productivity. In the growing season of 2006, on the Fazenda Bonança in Pereira Barreto (SP), the productivity of autumn corn forage (FDM) in an irrigated no-tillage system and the soil physical properties were analyzed. The purpose was to study the variability and the linear and spatial correlations between the plant and soil properties, to select an indicator of soil physical quality related to corn forage yield. A geostatistical grid was installed to collect soil and plant data, with 125 sampling points in an area of 2,500 m². The results show that the studied properties did not vary randomly and that data variability was low to very high, with well-defined spatial patterns, ranging from 7.8 to 38.0 m. On the other hand, the linear correlation between the plant and the soil properties was low and highly significant. The pairs forage dry matter versus microporosity and stem diameter versus bulk density were best correlated in the 0-0.10 m layer, while the other pairs - forage dry matter versus macro - and total porosity - were inversely correlated in the same layer. However, from the spatial point of view, there was a high inverse correlation between forage dry matter with microporosity, so that microporosity in the 0-0.10 m layer can be considered a good indicator of soil physical quality, with a view to corn forage yield.

Soil, water and nutrient losses by interrill erosion from green cane cultivation

Interrill erosion occurs by the particle breakdown caused by raindrop impact, by particle transport in surface runoff, by dragging and suspension of particles disaggregated from the soil surface, thus removing organic matter and nutrients that are essential for agricultural production. Crop residues on the soil surface modify the characteristics of the runoff generated by rainfall and the consequent particle breakdown and sediment transport resulting from erosion. The objective of this study was to determine the minimum amount of mulch that must be maintained on the soil surface of a sugarcane plantation to reduce the soil, water and nutrient losses by decreasing interrill erosion. The study was conducted in Pradópolis, São Paulo State, in 0.5 x 1.0 m plots of an Oxisol, testing five treatments in four replications. The application rates were based on the crop residue production of the area of 1.4 kg m-2 (T1- no cane trash; T2-25 % of the cane trash; T3- 50 % trash; T4-75 % trash; T5-100 % sugarcane residues on the surface), and simulated rainfall was applied at an intensity of 65 mm h-1 for 60 min. Runoff samples were collected in plastic containers and soon after taken to the laboratory to quantify the losses of soil, water and nutrients. To minimize soil loss by interrill erosion, 75 % of the cane mulch must be maintained on the soil, to control water loss 50 % must be maintained and 25 % trash controls organic matter and nutrient losses. This information can contribute to optimize the use of this resource for soil conservation on the one hand and the production of clean energy in sugar and alcohol industries on the other.