Calibration of the century, apsim and ndicea models of decomposition and n mineralization of plant residues in the humid tropics

The aim of this study was to calibrate the CENTURY, APSIM and NDICEA simulation models for estimating decomposition and N mineralization rates of plant organic materials (Arachis pintoi, Calopogonium mucunoides, Stizolobium aterrimum, Stylosanthes guyanensis) for 360 days in the Atlantic rainforest bioma of Brazil. The models´ default settings overestimated the decomposition and N-mineralization of plant residues, underlining the fact that the models must be calibrated for use under tropical conditions. For example, the APSIM model simulated the decomposition of the Stizolobium aterrimum and Calopogonium mucunoides residues with an error rate of 37.62 and 48.23 %, respectively, by comparison with the observed data, and was the least accurate model in the absence of calibration. At the default settings, the NDICEA model produced an error rate of 10.46 and 14.46 % and the CENTURY model, 21.42 and 31.84 %, respectively, for Stizolobium aterrimum and Calopogonium mucunoides residue decomposition. After calibration, the models showed a high level of accuracy in estimating decomposition and N- mineralization, with an error rate of less than 20 %. The calibrated NDICEA model showed the highest level of accuracy, followed by the APSIM and CENTURY. All models performed poorly in the first few months of decomposition and N-mineralization, indicating the need of an additional parameter for initial microorganism growth on the residues that would take the effect of leaching due to rainfall into account.

Potencial de uso do modelo century e sig para avaliar o impacto da agricultura sobre estoques regionais de carbono orgânico do solo

O uso e as mudanças no uso e manejo dos solos figuram entre os principais fatores determinantes dos estoques de carbono orgânico do solo (COS). A modelagem dinâmica espacialmente explícita é uma técnica que vem sendo usada com sucesso em avaliações das alterações nos estoques regionais de COS. Assim, este trabalho objetivou utilizar o modelo Century associado a técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto para avaliar os efeitos das alterações do uso agrícola e manejo do solo na dinâmica do carbono orgânico do solo (COS) em propriedades rurais do Distrito Santana, Ijuí - RS. Para isso, foi criada uma base de dados geoespaciais em ambiente ArcGis9.x com os planos temáticos: solos, elementos da paisagem e início do uso agrícola. Após reconstituídos os cenários históricos de manejo, o modelo Century 4.0 foi inicializado com dados edafoclimáticos locais, calibrado em duas etapas e validado, obedecendo-se à seguinte ordem: calibração principal - validação - calibração para generalizações. Na calibração principal, foram ajustados parâmetros internos do modelo, valendo-se da adição de carbono (C) pelo milho, trigo e soja e dos estoques de COS medidos em 2007 na camada de 0 a 20 cm da mata nativa e de uma lavoura adjacente, cuja conversão ocorreu entre 1901 e 1930 (lavoura mais antiga, localizada na área 1), sob Latossolo de topo. Em seguida, o Century, assim ajustado, foi estatisticamente validado com base em dados observados em 10 lavouras iniciadas em diferentes épocas, sob a mesma classe de solo e posição na paisagem, amostradas em 2007 na camada de 0 a 20 cm e distribuídas em quatro áreas homogêneas (áreas 1, 2, 3 e 4) dentro do Distrito Santana. Na calibração para generalizações, foram criadas quatro opções de "floresta subtropical" para representar a mata nativa de cada classe de solo em estudo (Latossolo, Chernossolo, Neossolo Regolítico e Neossolo Flúvico), a partir da opção de floresta tropical gerada na etapa de calibração principal, mantendo-se os ajustes já realizados naquela etapa e alterando apenas o parâmetro referente à máxima produção bruta mensal de biomassa pela floresta para que a variável de saída SOMTC (COS simulado) se estabilizasse, após o modelo ser executado por 3.000 anos (execução de equilíbrio), coincidindo com os estoques de COS medidos no solo sob vegetação nativa respectiva de cada classe de solo; em seguida, procedeu-se às simulações correspondentes a 54 unidades de simulação (US), por meio da interface i-Century, nas condições de solos cultivados com os cenários de manejo históricos (de 1901 até 2007). O Century, depois de calibrado, estimou adequadamente a dinâmica do C, reproduzindo a evolução dos estoques de COS ocorrida no Distrito Santana. Segundo essas estimativas, a adoção de práticas conservacionistas de manejo garante a redução das perdas de C causadas pelo processo erosivo e decomposição microbiana, havendo com isso aumento no estoque de COS.

Simulação da dinâmica do carbono do solo numa microbacia rural pelo modelo Century

O objetivo deste trabalho foi combinar o modelo Century com técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto, para avaliar a dinâmica espaço-temporal do carbono orgânico total do solo (COT). O estudo foi implementado numa microbacia rural, na encosta superior do Nordeste do Rio Grande do Sul, RS, que apresentava inicialmente uma cobertura florestal que foi convertida para agricultura, ao longo de 80 anos. A calibração adequada do modelo, principalmente dos parâmetros relacionados à decomposição do COT, nos anos iniciais de exploração agrícola, foi fundamental para possibilitar a simulação coerente dos valores de COT. Em relação à distribuição espacial do COT, foi verificado que o maior impacto da agricultura, sobre o estoque original de COT, ocorreu nas áreas sob cultivo desde 1925, nas quais se constatou decréscimo de 58,2% do COT. Verificou-se que a integração do Century com um sistema de informações geográficas torna possível o estudo da dinâmica espaço-temporal do COT e a realização de inventários relativos à distribuição do COT.

Dosimetria em folículos tireoidianos devido aos elétrons de baixa energia do iodo usando o método Monte Carlo

OBJETIVO: Avaliar a dose absorvida em folículos tireoidianos devido aos elétrons de baixa energia, como os elétrons Auger e os de conversão interna, além das partículas beta, para os radioisótopos de iodo (131I, 132I, 133I, 134I e 135I) usando o método Monte Carlo. MATERIAIS E MÉTODOS: O cálculo da dose foi feito ao nível folicular, simulando elétrons Auger, conversão interna e partículas beta, com o código MCNP4C. Os folículos (colóide e células foliculares) foram modelados como esferas, com diâmetros do colóide variando de 30 a 500 mm. A densidade considerada para os folículos foi a da água (1,0 g.cm-³). RESULTADOS: Considerando partículas de baixa energia, o percentual de contribuição do 131I na dose total absorvida pelo colóide é de aproximadamente 25%, enquanto os isótopos de meia-vida física curta apresentaram contribuição de 75%. Para as células foliculares, esse percentual é ainda maior, chegando a 87% para os iodos de meia-vida curta e 13% para o 131I. CONCLUSÃO: Com base nos resultados obtidos, pode-se mostrar a importância de se considerar partículas de baixa energia na contribuição para a dose total absorvida ao nível folicular (colóide e células foliculares) devido aos radioisótopos de iodo (131I, 132I, 133I, 134I e 135I).

Redução de incertezas em radioterapia utilizando simulação Monte Carlo: análise espectral aplicada à correção de dose absorvida

OBJETIVO: Determinar, por simulação Monte Carlo, os espectros de feixes de cobaltoterapia em profundidade na água e fatores de correção para doses absorvidas em dosímetros termoluminescentes de fluoreto de lítio. MATERIAIS E MÉTODOS: As simulações dos espectros secundários da fonte clínica de cobalto-60 foram realizadas com o código Monte Carlo PENELOPE, em diversas profundidades na água. Medidas experimentais de dose profunda foram obtidas com dosímetros termoluminescentes e câmara de ionização em condições de referência em radioterapia. Os fatores de correção para os dosímetros termoluminescentes foram obtidos através da razão entre as absorções relativas ao espectro de baixa energia e ao espectro total. RESULTADOS: A análise espectral em profundidade revelou a existência de espectros secundários de baixa energia responsáveis por uma parcela significativa da deposição de dose. Foram observadas discrepâncias de 3,2% nas doses medidas experimentalmente com a câmara de ionização e com os dosímetros termoluminescentes. O uso dos fatores de correção nessas medidas permitiu diminuir a discrepância entre as doses absorvidas para, no máximo, 0,3%. CONCLUSÃO: Os espectros simulados permitem o cálculo de fatores de correção para as leituras de dosímetros termoluminescentes utilizados em medidas de dose profunda, contribuindo para a redução das incertezas associadas ao controle de qualidade de feixes clínicos em radioterapia.

Monte Carlo derivation of filtered tungsten anode X-ray spectra for dose computation in digital mammography

Abstract Objective: Derive filtered tungsten X-ray spectra used in digital mammography systems by means of Monte Carlo simulations. Materials and Methods: Filtered spectra for rhodium filter were obtained for tube potentials between 26 and 32 kV. The half-value layer (HVL) of simulated filtered spectra were compared with those obtained experimentally with a solid state detector Unfors model 8202031-H Xi R/F & MAM Detector Platinum and 8201023-C Xi Base unit Platinum Plus w mAs in a Hologic Selenia Dimensions system using a direct radiography mode. Results: Calculated HVL values showed good agreement as compared with those obtained experimentally. The greatest relative difference between the Monte Carlo calculated HVL values and experimental HVL values was 4%. Conclusion: The results show that the filtered tungsten anode X-ray spectra and the EGSnrc Monte Carlo code can be used for mean glandular dose determination in mammography.

Monte Carlo thermodynamic and structural properties of the TIP4P water model: dependence on the computational conditions

Classical Monte Carlo simulations were carried out on the NPT ensemble at 25°C and 1 atm, aiming to investigate the ability of the TIP4P water model [Jorgensen, Chandrasekhar, Madura, Impey and Klein; J. Chem. Phys., 79 (1983) 926] to reproduce the newest structural picture of liquid water. The results were compared with recent neutron diffraction data [Soper; Bruni and Ricci; J. Chem. Phys., 106 (1997) 247]. The influence of the computational conditions on the thermodynamic and structural results obtained with this model was also analyzed. The findings were compared with the original ones from Jorgensen et al [above-cited reference plus Mol. Phys., 56 (1985) 1381]. It is notice that the thermodynamic results are dependent on the boundary conditions used, whereas the usual radial distribution functions g(O/O(r)) and g(O/H(r)) do not depend on them.

Termodinâmica estatística de líquidos com o método de Monte Carlo. I. Metodologia

Statistical mechanics Monte Carlo simulation is reviewed as a formalism to study thermodynamic properties of liquids. Considering the importance of free energy changes in chemical processes, the thermodynamic perturbation theory implemented in the Monte Carlo method is discussed. The representation of molecular interaction by the Lennard-Jones and Coulomb potential functions is also discussed. Charges derived from quantum molecular electrostatic potential are also discussed as an useful methodology to generate an adequate set of partial charges to be used in liquid simulation.

The 21st century chemistry journal

Internet publication will radically alter how chemists will publish their research in the next century. In this article, we describe two fundamental changes: enhanced chemical publication which allows chemists to publish materials that cannot be published on paper and end-user customization which allows readers to read articles prepared to meet their specifications. These concepts have been implemented within the Internet Journal of Chemistry, a new journal designed to employ the latest technologies for chemical publications.

Termodinâmica estatística de líquidos com o método de Monte Carlo. II. O líquido clorofórmio

Thermodynamic properties and radial distribution functions for liquid chloroform were calculated using the Monte Carlo method implemented with Metropolis algorithm in the NpT ensemble at 298 K and 1 atm. A five site model was developed to represent the chloroform molecules. A force field composed by Lennard-Jones and Coulomb potential functions was used to calculate the intermolecular energy. The partial charges needed to represent the Coulombic interactions were obtained from quantum chemical ab initio calculations. The Lennard-Jones parameters were adjusted to reproduce experimental values for density and enthalpy of vaporization for pure liquid. All thermodynamic results are in excelent agreement with experimental data. The correlation functions calculated are in good accordance with theoretical results avaliable in the literature. The free energy for solvating one chloroform molecule into its own liquid at 298 K and 1 atm was computed as an additional test of the potential model. The result obtained compares well with the experimental value. The medium effects on cis/trans convertion of a hypotetical solute in water TIP4P and chloroform solvents were also accomplished. The results obtained from this investigation are in agreement with estimates of the continuous theory of solvation.

Simulação do equilíbrio: o método de Monte Carlo

We make several simulations using the Monte Carlo method in order to obtain the chemical equilibrium for several first-order reactions and one second-order reaction. We study several direct, reverse and consecutive reactions. These simulations show the fluctuations and relaxation time and help to understand the solution of the corresponding differential equations of chemical kinetics. This work was done in an undergraduate physical chemistry course at UNIFIEO.

Uma abordagem simplificada do método Monte Carlo Quântico: da solução de integrais ao problema da distribuição eletrônica

The paper presents an introductory and general discussion on the quantum Monte Carlo methods, some fundamental algorithms, concepts and applicability. In order to introduce the quantum Monte Carlo method, preliminary concepts associated with Monte Carlo techniques are discussed.

Simulação Monte Carlo no ensino de luminescência e cinética de decaimento de estados excitados

A software based in the Monte Carlo method have been developed aiming the teaching of important cases of mechanisms found in luminescence and in excited states decay kinetics, including: multiple decays, consecutive decays and coupled systems decays. The Monte Carlo Method allows the student to easily simulate and visualize the luminescence mechanisms, focusing on the probabilities of the related steps. The software CINESTEX was written for FreeBASIC compiler; it assumes first-order kinetics and any number of excited states, where the pathways are allowed with probabilities assigned by the user.

Simulação Monte Carlo de mecanismo de transferência de energia de excitação eletrônica: modelo de Perrin para a supressão estática da luminescência

A software based in the Monte Carlo method has been developed aiming the teaching of the Perrin´s model for static luminescence quenching. This software allows the student to easily simulate the luminescence decays of emissive molecules in the presence of quenching ones. The software named PERRIN was written for FreeBASIC compiler and it can be applied for systems where the molecules remain static during its excited state lifetime. The good agreement found between the simulations and the expected theoretical results shows that it can be used for the luminescence and excited states decay kinetic teaching.

The contributions of Henri Victor Regnault in the context of organic chemistry of the first half of the nineteenth century

A very little known aspect of the scientific career of Regnault is his contribution to the emerging organic chemistry in the first half of the nineteenth century. The purpose of this article is not only to describe two of his most important researches in this field, as were the discovery of two series of halogenated derivates of certain organic compounds and the precise identification of some of the then recently discovered alkaloids, but also the main features that identified his research method. With the involvement in these subjects, Regnault unintentionally positioned himself in the midst of some of the polemics about the classification of organic compounds that characterized this age of science.