Avaliação de fatores edafoclimáticos e do manejo na produção de cafeeiros (Coffea arabica L.) no Oeste Paulista

Atributos do clima, solo e manejo foram caracterizados em 10 lavouras comerciais de café, estabelecidas na região oeste do estado de São Paulo, nos municípios de Sagres, Pompéia, Iacri, Bastos, Herculândia, Marília, Vera Cruz, Garça e Gália. Os objetivos foram identificar os principais fatores limitantes à cultura e estabelecer um modelo multivariado simples para explicar as produções observadas entre 1984 e 1989. Foram analisados, por correlação simples, mais de 2.000 atributos em relação às produções finais. Os atributos que apresentaram significância a 5% de probalidade pelo teste t de Student foram combinados em sucessivas análises de regressão múltipla. Três equações, com quatorze, cinco e seis variáveis preditoras, foram selecionadas, com graus de explicação da produção observada da ordem de 77, 73 e 75%, respectivamente. Quatro variáveis foram comuns aos três modelos: produção do ano anterior, idade da lavoura, temperatura mínima absoluta média na época do abotoamento e florescimento e soma dos teores de silte e argila nos horizontes subsuperficiais. Outras variáveis selecionadas foram: precipitação na época do abotoamento e florescimento; precipitação na época da maturação e colheita; densidade do solo e água disponível junto à cova (camada de 20-40 cm); macroporosidade na rodagem de máquinas (camada de 0-20 cm); adubação nitrogenada; pH em água e fósforo, ambos na área adubada (camada de 20-40 cm); teor de cálcio trocável e relação Mg:K trocáveis, ambos na área adubada (camada de 0-20 cm). A análise dos dados de produção no período de seis anos mostrou que as lavouras encontravam-se em processo de depauperamento, com declínio da produtividade da ordem de 400 kg ha-1 ano-1. As áreas necessitavam de melhoria da calagem, fosfatagem em profundidade, restabelecimento dos níveis de magnésio no solo e adubação mineral equilibrada. Também ficou evidenciada a necessidade de ser evitada a instalação da lavoura em áreas de acúmulo de ar frio no inverno ou solos com acentuado gradiente textural.

Adsorção de fósforo em solos de várzea do estado de Minas Gerais

Realizou-se o presente estudo com amostras da camada superficial (0-20 cm) de onze solos de várzea de diferentes regiões do estado de Minas Gerais, visando quantificar a adsorção de fósforo em solos de várzeas drenadas, sujeitas a ciclos alternados de umedecimento e secagem, bem como avaliar a influência de alguns atributos do solo sobre esta adsorção. Amostras da fração TFSA (2 g) foram mantidas em contato, mediante agitação por 12 horas, com soluções de CaCl2 0,01 mol L-1 (40 mL), contendo 0, 25, 50, 100 e 200 mg L-1 de P. O fósforo foi analisado posteriormente no sobrenadante para determinação da quantidade adsorvida. Após isto, descartou-se o sobrenadante para mais 12 h de agitação com solução de CaCl2 0,01 mol L-1, visando determinar a quantidade dessorvida. Os valores de adsorção encontrados foram ajustados à isoterma de Langmuir para avaliar a capacidade máxima de adsorção de fósforo (CMAF), tendo sido estimado ainda o índice tampão de P (ITP) a partir do valor do coeficiente b1 das equações de 2º grau ajustadas entre o P adsorvido e o P dessorvido nas diferentes concentrações de P adicionado. Os valores encontrados para a CMAF situaram-se entre 476 e 3.961 mg kg-1 de P no solo, tendo oito solos apresentado capacidade de adsorção de P muito alta (> 1.000 mg kg-1). Os valores de ITP situaram-se entre 4,3 e 129. A CMAF correlacionou-se positivamente com a relação Fe o/Fe d, teor de matéria orgânica e acidez potencial e negativamente com o teor de Fe d e com a saturação por bases do solo. O ITP correlacionou-se positivamente com a acidez potencial e negativamente com a saturação por bases do solo. Os resultados deste estudo revelaram que: (a) solos de várzeas drenadas podem adsorver grandes quantidades de fósforo, dos quais a maioria apresenta capacidade máxima de adsorção de fósforo enquadrada nas classes alta (500 a 1.000 mg kg-1) e muito alta (> 1.000 mg kg-1); (b) solos de várzea com maiores valores de capacidade máxima de adsorção de fósforo e índice tampão de P apresentam menor dessorção percentual desse nutriente para a solução do solo; (c) o atributo que se correlaciona mais diretamente com a capacidade máxima de adsorção e o índice tampão de fósforo dos solos de várzea estudados é a acidez potencial.

Suscetibilidade à compactação de um latossolo vermelho-escuro e de um podzólico vermelho-amarelo

A compactação de solos agrícolas resulta de interações máquina-solo que influenciam as propriedades físicas e biológicas do solo, bem como o crescimento e produtividade das plantas. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi determinar o índice de compressão, a pressão de preconsolidação e a deformação de um Latossolo Vermelho-Escuro (LE) e de um Podzólico Vermelho-Amarelo (PV), com diferentes estados iniciais de compactação e de grau de saturação em água. Para tal, foram utilizadas amostras indeformadas, coletadas em dois solos e em duas profundidades, em sistema plantio direto e preparo convencional de solo, em vários pontos e épocas, dentro de cada área e tipo de manejo. Com isso, obteve-se ampla variação natural dos valores de densidade do solo, correspondentes aos diferentes estados iniciais de compactação e grau de saturação. As amostras indeformadas foram submetidas ao ensaio de compressão uniaxial, realizado com aplicação de pressões estáticas de 12,5; 25; 50; 100; 200; 400 e 800 kPa, mantendo cada pressão constante por cinco minutos. Esse tempo foi determinado em pré-testes, observando-se que 99% da deformação máxima ocorreu nesse tempo. A deformação do solo apresentou comportamento diferenciado para cada solo. No LE, sob baixos graus de saturação (< 30%), a relação entre deformação e densidade inicial foi curvilínea, enquanto, para graus de saturação mais elevados, foi praticamente linear. Já no PV, aquela relação foi curvilinear para graus de saturação menores que 30% e maiores que 60%, enquanto, nas saturações intermediárias (30 a 60%), o comportamento observado foi linear. O índice de compressão relacionou-se negativamente com a densidade do solo inicial nos dois solos e com o grau de saturação no solo PV. Para níveis de densidade do solo inicial maiores que 1,45 Mg m-3, o LE apresentou maior suscetibilidade à compactação em grau de saturação próximo a 70%, enquanto, quando menos compactado (densidade do solo inicial < 1,30 Mg m-3), a maior suscetibilidade ocorreu sob menores saturações, próximas a 50%. As equações de regressão múltipla para a pressão de preconsolidação, utilizando somente valores de densidade do solo inicial e grau de saturação, apresentaram coeficientes de determinação (R²) baixos (0,28, para o PV, e 0,32, para o LE), apesar de significativos, indicando a necessidade de incorporação de outras variáveis nesses modelos.

Comparação de métodos de extração de cobre, zinco, ferro e manganês em solos do estado do Rio de Janeiro

As conseqüências da deficiência ou toxidez de micronutrientes na produção agrícola do estado do Rio de Janeiro são pouco conhecidas. Desta forma, em 1997, foram quantificados os teores de cobre, zinco, ferro e manganês em 103 amostras de horizontes superficiais de solos representativos do estado, sendo utilizados os extratores Mehlich-1, DTPA-TEA e HCl 0,1 mol L-1. De maneira geral, o extrator HCl 0,1 mol L-1 foi o que apresentou maior poder de extração dos micronutrientes estudados, tendo o Mehlich-1 extraído as menores quantidades de cobre e ferro e o DTPA-TEA as menores quantidades de zinco e manganês. Segundo os resultados, equações de conversão entre extratores, para um mesmo elemento, e a utilização de faixas de interpretação desenvolvidas para regiões edáficas diferentes das condições do trabalho podem não estimar corretamente a disponibilidade dos micronutrientes às plantas.

Funções de pedotransferência para predição da umidade retida a potenciais específicos em solos do estado de Pernambuco

Funções de pedotransferência são equações usadas para estimar características edáficas de difícil determinação a partir de outras mais facilmente obtidas. Apesar do bom número de equações disponíveis para estimativa da umidade retida a potenciais matriciais específicos, elas não devem ser usadas indiscriminadamente, pois, em sua maioria, foram desenvolvidas com solos de clima temperado e a partir de dados gerados por métodos diversos dos em uso nos laboratórios brasileiros. O presente trabalho teve por objetivos: (a) elaborar funções de pedotransferência para estimar o conteúdo de água nos potenciais de -33 e -1.500 kPa e a água disponível, a partir de dados granulométricos e de densidade do solo, para solos do estado de Pernambuco e (b) comparar a eficiência de predição das equações propostas em relação a equações similares, disponíveis na literatura. No desenvolvimento das equações, foi utilizada uma base de dados composta por 98 perfis de solos e 467 horizontes. Os perfis foram agrupados, de acordo com Sistema Brasileiro de Classificação de Solos, em 27 classes de terceiro nível categórico (grande grupo). As equações desenvolvidas apresentaram bons coeficientes de determinação e baixo erro de predição. A sistematização dos dados por atividade da fração argila ou grau aproximado de desenvolvimento ou classe textural não produziu melhorias na capacidade preditiva das pedofunções. As equações propostas em outros trabalhos apresentaram elevado erro de predição, o que restringe a sua utilização para solos do estado de Pernambuco.

Métodos de determinação do salpico e influência da cobertura do solo em condições de chuva natural

Independentemente da capacidade da enxurrada em transportar as partículas minerais e orgânicas do solo, a avaliação da ação erosiva da chuva, em sua fase inicial, não será completa, se os mecanismos de desagregação e salpico do solo pelo impacto das gotas de chuva não forem avaliados. Considerando a ausência de dados sobre esses mecanismos em solos do Ceará, os objetivos deste trabalho foram: comparar métodos para a coleta do solo desagregado e salpicado e avaliar as correlações entre a erosividade das chuvas e o salpico em solo descoberto e com cobertura para reduzir a erosão em sua fase inicial. O estudo foi realizado sob condições de campo, em Fortaleza (CE), em um Argissolo Vermelho-Amarelo eutrófico, durante a estação chuvosa de 21/3 a 9/7/1994, ocasião em que a erosividade da chuva foi de 6.003 MJ mm (ha h)-1. Para quantificar as massas de partículas de solo desagregadas e salpicadas, foram empregados os métodos da bandeja coletora de Morgan (1982) e o do funil de Sreenivas et al. (1947). Intervalos de confiança a 95 %, para a diferença entre as médias do salpico coletado pelos dois aparelhos, foram calculados pelo teste t em dados emparelhados. Para ambos os tratamentos, solo descoberto e com uma cobertura de 50 % de colmos de capim-elefante, não houve diferença estatística significativa entre os dois métodos. Foram encontradas correlações significativas entre o parâmetro de erosividade EI30 e a massa de solo salpicado para equações de regressão da forma de potência. A média dos salpicos totais coletados nos dois métodos apresentou uma redução de 52 % quando foi comparado o tratamento com cobertura (2,31 kg m-2) com o solo descoberto (4,81 kg m-2). Esse resultado vem confirmar a eficiência da cobertura do solo na redução da erosão por salpico, estádio inicial e de grande importância do processo erosivo.

Resistência ao cisalhamento de um latossolo sob diferentes uso e manejo

A resistência do solo ao cisalhamento é uma importante propriedade dinâmica do solo, a qual vem sendo desconsiderada na maioria das pesquisas que investigam a influência do uso e manejo, assim como os estados de consistência , sobre o comportamento da estrutura dos solos agrícolas. Isto tem contribuído para a adoção de estratégias quase sempre equivocadas, tendo, como conseqüência, o depauperamento das propriedades físicas e mecânicas do solo. Este trabalho teve como objetivo estudar a resistência ao cisalhamento de um Latossolo Vermelho distrófico submetido ao preparo convencional e semeadura direta, tendo, como tratamento-testemunha, o cerradão, considerando diferentes conteúdos de água: 0,05; 0,16; 0,18 e 0,38 kg kg-1. Com base nos resultados encontrados, verificou-se que a resistência ao cisalhamento do solo, avaliada na profundidade de 0-0,05 m do Latossolo Vermelho distrófico, foi influenciada pelo aumento da umidade, tipo de uso e manejo. De maneira geral, as equações ajustadas conforme o modelo de Coulomb constataram maior resistência do solo ao cisalhamento no cerradão, seguido do preparo convencional e semeadura direta. A menor resistência ao cisalhamento do solo estudado, corroborada pelo menor atrito interno (tg f) e maior coesão aparente (c), especificamente nos teores de água 0,16 e 0,27 kg kg-1 (contemplando, portanto, a faixa friável do solo), confere à semeadura direta a condição de maior possibilidade de preservação da sustentabilidade da estrutura do Latossolo Vermelho distrófico. A predição da tensão de cisalhamento apresentou-se sensível aos efeitos da variação do teor de água no solo, ao tipo de uso, podendo contribuir, particularmente, em estudos da sustentabilidade da estrutura dos solos agrícolas, a qual normalmente é comprometida em áreas cujo tráfego e preparo do solo são realizados inadequadamente.

Método alternativo de avaliação da pressão de preconsolidação por meio de um penetrômetro

A curva de compressão do solo tem sido freqüentemente utilizada em estudos de compactação do solo. Essa curva representa graficamente a relação entre o logaritmo da pressão aplicada e a densidade do solo ou o índice de vazios. A pressão de preconsolidação divide essa curva em uma região de deformações recuperáveis e em uma de deformações não-recuperáveis. Por esse motivo, a pressão de preconsolidação tem sido usada como uma estimativa da capacidade de suporte de carga dos solos parcialmente saturados. A pressão de preconsolidação é obtida em laboratório por meio do ensaio de compressão uniaxial, o qual requer aparelhos sofisticados para a sua realização. Além do tempo gasto na realização do ensaio, há necessidade de usar um método gráfico ou de planilhas para a sua determinação. Uma maneira alternativa que visa minimizar este problema seria a calibração da pressão de preconsolidação com outras medidas de fácil e rápida obtenção. O objetivo deste trabalho foi propor um método alternativo de avaliação da pressão de preconsolidação por meio de um penetrômetro. Para isso, foram determinadas as pressões de preconsolidação e as resistências à penetração, no laboratório, na camada superficial de um Argissolo Amarelo (PA) e de um Plintossolo (FX) localizados na região de Aracruz, ES. Testes de campo foram efetuados em um Latossolo Vermelho-Amarelo (LV) localizado em Belo Oriente, MG. Os valores dos coeficientes de determinação foram significativos e variaram de 0,88 a 0,99. As equações que relacionam a pressão de preconsolidação (sigmap) com a resistência à penetração (RP) foram da forma: sigmap = a + b (RP). Pela equação, as pressões de preconsolidação serão estimadas em função da resistência à penetração e poderão ser utilizadas na identificação da compactação do solo e como uma ferramenta auxiliar de decisão sobre a realização ou não de determinada operação mecanizada.

Análise exploratória e variabilidade dos parâmetros da equação da condutividade hidráulica, em um experimento de perfil instantâneo

No contexto das Ciências Agronômicas e Ambientais, a função condutividade hidráulica K(teta), isto é, a condutividade hidráulica (K) em função da umidade (teta), tem especial importância para os estudos e solução de problemas práticos relacionados, dentre outros, com a irrigação, drenagem e lixiviação de nutrientes e poluentes. Quantificar e caracterizar a variabilidade deste parâmetro hídrico é fundamental para a obtenção de valores médios representativos que possam ser utilizados com segurança nas suas diversas aplicações. Objetivando caracterizar o comportamento estatístico e quantificar a variabilidade dos parâmetros da equação representativa da função K(teta), realizou-se um experimento de campo para determinação desta função pelo método do perfil instantâneo em um Latossolo Vermelho-Amarelo (Typic Hapludox), numa transeção de 50 pontos distanciados entre si de 1 m. As equações obtidas foram do tipo K = Kteta = 0 exp(bq) e os resultados indicaram que os padrões de variabilidade dos parâmetros beta e lnKteta=0, bem como de teta, aumentaram em profundidade e não apresentaram relação entre si. Verificou-se também que a presença de valores extremos alterava as medidas estatísticas relativas aos parâmetros da função K(teta), com reflexos significativos quanto ao número de amostras necessárias para estimar o valor médio destes parâmetros, sendo importante sua identificação antes de aplicar determinado método para avaliação da condutividade hidráulica do solo.

Critérios de calagem para a soja no sistema plantio direto consolidado

As recomendações de calagem desenvolvidas para o sistema convencional de preparo do solo estão sendo utilizadas no sistema plantio direto, onde há uma dinâmica diferenciada dos atributos de acidez decorrente do acúmulo superficial de matéria orgânica e de nutrientes e menor toxidez por Al. Este trabalho relaciona diferentes indicadores de acidez de um Latossolo Vermelho aluminoférrico típico no sistema plantio direto com características de plantas de soja, para estabelecer critérios de calagem. Foram utilizados dois experimentos em plantio direto há oito anos, um iniciado a partir de lavoura convencional e outro de campo natural, com diferentes níveis de acidez, resultantes de aplicação anterior de doses de calcário. Amostras indeformadas de solo foram coletadas em colunas (PVC), e plantas de soja foram cultivadas por 25 dias. Os critérios de calagem foram obtidos a partir da derivação de equações relacionando o rendimento de grãos no campo e características de plantas de soja nas colunas com os seguintes indicadores de acidez do solo: pH em água e em CaCl2, Al trocável e sua saturação, relação Al/Ca + Mg trocáveis e saturação por bases. O pH em água de 5,5 e a saturação por bases de 62 % foram os critérios de calagem mais adequados, com amostragem do solo tanto na camada de 0-15 cm como na de 0-10 cm. Os critérios de calagem podem também ser estabelecidos, em curto prazo, por plantas desenvolvidas em amostras indeformadas de solo em colunas, de preferência utilizando características do sistema radicular.

Sonda espiral de TDR para a medida da umidade no perfil do solo

A técnica da reflectometria no domínio do tempo (TDR) tem sido uma das mais utilizadas para determinação da umidade volumétrica (teta) dos solos, devido às características favoráveis, como alta precisão, não-utilização de radiação ionizante e pequena influência da salinidade, densidade e textura do solo. Entretanto, uma das limitações é que a maioria dos equipamentos e sondas de TDR disponíveis não possibilita a medida no perfil do solo, como, por exemplo, permite a técnica da sonda de nêutrons. Com a TDR há necessidade de abrir buracos para a instalação de sondas nas profundidades desejadas, restringindo-se o número de pontos amostrados no perfil do solo. Assim, o objetivo deste trabalho foi apresentar e testar uma sonda de TDR que possibilitasse a sondagem detalhada da umidade ao longo do perfil do solo. O sistema consiste de uma sonda espiral posicionada na extremidade de uma haste metálica, acoplada a um penetrômetro de impacto utilizado para facilitar a inserção da sonda nas profundidades desejadas. A calibração da sonda foi realizada em laboratório, com sete solos de diferentes texturas, e sua validação feita em campo nos mesmos solos. A resposta da constante dielétrica (épsilon) medida com a sonda, considerando a umidade, foi mais bem representada por uma função matemática do tipo teta = a - bépsilon + c/épsilon2. O experimento de campo para a validação da calibração obtida em laboratório apresentou erro-padrão da estimativa da umidade de 6 %, considerando uma única equação de calibração com todos os solos em conjunto, e 5 %, levando-se em conta as equações com os solos separados em dois grupos conforme a textura.

Determinação de matéria orgânica do solo pela perda de massa por Ignição, em amostras do Rio Grande do Sul

A busca de métodos que possibilitam a determinação do teor de matéria orgânica (MO) do solo e que não geram resíduos danosos ao ambiente é importante. A oxidação da MO com dicromato é amplamente utilizada no Brasil, gerando resíduos laboratoriais que contêm Cr. Este trabalho teve por objetivo avaliar o método da perda de massa por ignição (PMI), em comparação ao método da combustão úmida usando a solução sulfocrômica, utilizado na Rede Oficial de Laboratórios de Análise de Solo e de Tecido Vegetal dos Estados do Rio Grande do Sul e de Santa Catarina (ROLAS). Os resultados obtidos com a PMI também foram comparados com os do método-padrão de Walkley-Black, que também emprega o dicromato. Foram utilizados os resultados de amostras de solo de 19 unidades de mapeamento do Rio Grande do Sul (RS) e de 49 amostras da Depressão Central deste Estado. As 19 amostras incluíram: Vertissolo (1), Gleissolos (2), Argissolos (6), Luvissolo (1), Neossolo (1), Latossolos (3), Plintossolo (1), Planossolo (1), Alissolo (1), Nitossolo (1) e Chernossolo (1). As amostras da Depressão Central foram obtidas no Laboratório de Solos da Universidade Federal de Santa Maria. Os teores de MO determinados com a PMI foram, em média, 22 a 94 % maiores que os da solução sulfocrômica e 27 a 46 % maiores que os obtidos com o Walkley-Black, nas amostras da Depressão Central e nas unidades de mapeamento do RS, respectivamente. Houve correlação significativa entre a PMI e os métodos com dicromato. Os resultados indicam que o método PMI pode ser usado na análise do teor de MO do solo em substituição aos que empregam o dicromato. Para isso, equações que possibilitam calcular o teor de MO usando a PMI devem ser desenvolvidas para a maioria das classes de solos do RS.

Consolidômetro: equipamento pneumático-eletrônico para avaliação do estado de consolidação do solo

A obtenção da pressão de preconsolidação (sigmap) se dá a partir de um método denominado ensaio de consolidação, cuja definição consiste no processo de transferência gradual de uma carga aplicada ao solo até que todos os vazios deste sejam comprimidos. O ensaio de consolidação preconiza a utilização de um consolidômetro. Entretanto, esse equipamento não é ainda produzido no Brasil, e os modelos disponíveis para importação são de alto custo. Motivos como estes têm inviabilizado, em alguns casos, o acesso por parte de pesquisadores e agricultores às informações sobre a Capacidade de Suporte de Carga (CSC) do solo. Como alternativa, este trabalho teve por objetivo desenvolver e avaliar um equipamento pneumático-eletrônico que possibilitasse a obtenção de sigmap. O equipamento foi desenvolvido no Núcleo de Estudos de Máquinas e Pneus Agrícolas (NEMPA) da Faculdade de Ciências Agronômicas da Universidade Estadual Paulista, campus de Botucatu, SP. A sua avaliação se deu por meio de ensaios uniaxiais, os quais foram realizados em corpos-de-prova de duas camadas (superficial e subsuperficial) de um Latossolo Vermelho. O desempenho do equipamento foi constatado durante a sua avaliação; nas curvas de compressão do solo, verificaram-se incrementos dos valores de densidade do solo, isto é, variação no recalque dos corpos-de-prova em função do aumento dos níveis de pressão e de crescentes teores de água. A eficiência do equipamento na realização dos ensaios uniaxiais pôde ser comprovada pelo comportamento diferenciado tanto das curvas de compressão como das equações obtidas para os modelos de capacidade de suporte de carga, as quais foram capazes de detectar os diferentes graus de consolidação, assim como as distintas histórias de tensão da estrutura de cada camada do Latossolo Vermelho.

Time-lapse and probabilistic inversion strategies for plane-wave electromagnetic data.

L'utilisation efficace des systèmes géothermaux, la séquestration du CO2 pour limiter le changement climatique et la prévention de l'intrusion d'eau salée dans les aquifères costaux ne sont que quelques exemples qui démontrent notre besoin en technologies nouvelles pour suivre l'évolution des processus souterrains à partir de la surface. Un défi majeur est d'assurer la caractérisation et l'optimisation des performances de ces technologies à différentes échelles spatiales et temporelles. Les méthodes électromagnétiques (EM) d'ondes planes sont sensibles à la conductivité électrique du sous-sol et, par conséquent, à la conductivité électrique des fluides saturant la roche, à la présence de fractures connectées, à la température et aux matériaux géologiques. Ces méthodes sont régies par des équations valides sur de larges gammes de fréquences, permettant détudier de manières analogues des processus allant de quelques mètres sous la surface jusqu'à plusieurs kilomètres de profondeur. Néanmoins, ces méthodes sont soumises à une perte de résolution avec la profondeur à cause des propriétés diffusives du champ électromagnétique. Pour cette raison, l'estimation des modèles du sous-sol par ces méthodes doit prendre en compte des informations a priori afin de contraindre les modèles autant que possible et de permettre la quantification des incertitudes de ces modèles de façon appropriée. Dans la présente thèse, je développe des approches permettant la caractérisation statique et dynamique du sous-sol à l'aide d'ondes EM planes. Dans une première partie, je présente une approche déterministe permettant de réaliser des inversions répétées dans le temps (time-lapse) de données d'ondes EM planes en deux dimensions. Cette stratégie est basée sur l'incorporation dans l'algorithme d'informations a priori en fonction des changements du modèle de conductivité électrique attendus. Ceci est réalisé en intégrant une régularisation stochastique et des contraintes flexibles par rapport à la gamme des changements attendus en utilisant les multiplicateurs de Lagrange. J'utilise des normes différentes de la norme l2 pour contraindre la structure du modèle et obtenir des transitions abruptes entre les régions du model qui subissent des changements dans le temps et celles qui n'en subissent pas. Aussi, j'incorpore une stratégie afin d'éliminer les erreurs systématiques de données time-lapse. Ce travail a mis en évidence l'amélioration de la caractérisation des changements temporels par rapport aux approches classiques qui réalisent des inversions indépendantes à chaque pas de temps et comparent les modèles. Dans la seconde partie de cette thèse, j'adopte un formalisme bayésien et je teste la possibilité de quantifier les incertitudes sur les paramètres du modèle dans l'inversion d'ondes EM planes. Pour ce faire, je présente une stratégie d'inversion probabiliste basée sur des pixels à deux dimensions pour des inversions de données d'ondes EM planes et de tomographies de résistivité électrique (ERT) séparées et jointes. Je compare les incertitudes des paramètres du modèle en considérant différents types d'information a priori sur la structure du modèle et différentes fonctions de vraisemblance pour décrire les erreurs sur les données. Les résultats indiquent que la régularisation du modèle est nécessaire lorsqu'on a à faire à un large nombre de paramètres car cela permet d'accélérer la convergence des chaînes et d'obtenir des modèles plus réalistes. Cependent, ces contraintes mènent à des incertitudes d'estimations plus faibles, ce qui implique des distributions a posteriori qui ne contiennent pas le vrai modèledans les régions ou` la méthode présente une sensibilité limitée. Cette situation peut être améliorée en combinant des méthodes d'ondes EM planes avec d'autres méthodes complémentaires telles que l'ERT. De plus, je montre que le poids de régularisation des paramètres et l'écart-type des erreurs sur les données peuvent être retrouvés par une inversion probabiliste. Finalement, j'évalue la possibilité de caractériser une distribution tridimensionnelle d'un panache de traceur salin injecté dans le sous-sol en réalisant une inversion probabiliste time-lapse tridimensionnelle d'ondes EM planes. Etant donné que les inversions probabilistes sont très coûteuses en temps de calcul lorsque l'espace des paramètres présente une grande dimension, je propose une stratégie de réduction du modèle ou` les coefficients de décomposition des moments de Legendre du panache de traceur injecté ainsi que sa position sont estimés. Pour ce faire, un modèle de résistivité de base est nécessaire. Il peut être obtenu avant l'expérience time-lapse. Un test synthétique montre que la méthodologie marche bien quand le modèle de résistivité de base est caractérisé correctement. Cette méthodologie est aussi appliquée à un test de trac¸age par injection d'une solution saline et d'acides réalisé dans un système géothermal en Australie, puis comparée à une inversion time-lapse tridimensionnelle réalisée selon une approche déterministe. L'inversion probabiliste permet de mieux contraindre le panache du traceur salin gr^ace à la grande quantité d'informations a priori incluse dans l'algorithme. Néanmoins, les changements de conductivités nécessaires pour expliquer les changements observés dans les données sont plus grands que ce qu'expliquent notre connaissance actuelle des phénomenès physiques. Ce problème peut être lié à la qualité limitée du modèle de résistivité de base utilisé, indiquant ainsi que des efforts plus grands devront être fournis dans le futur pour obtenir des modèles de base de bonne qualité avant de réaliser des expériences dynamiques. Les études décrites dans cette thèse montrent que les méthodes d'ondes EM planes sont très utiles pour caractériser et suivre les variations temporelles du sous-sol sur de larges échelles. Les présentes approches améliorent l'évaluation des modèles obtenus, autant en termes d'incorporation d'informations a priori, qu'en termes de quantification d'incertitudes a posteriori. De plus, les stratégies développées peuvent être appliquées à d'autres méthodes géophysiques, et offrent une grande flexibilité pour l'incorporation d'informations additionnelles lorsqu'elles sont disponibles. -- The efficient use of geothermal systems, the sequestration of CO2 to mitigate climate change, and the prevention of seawater intrusion in coastal aquifers are only some examples that demonstrate the need for novel technologies to monitor subsurface processes from the surface. A main challenge is to assure optimal performance of such technologies at different temporal and spatial scales. Plane-wave electromagnetic (EM) methods are sensitive to subsurface electrical conductivity and consequently to fluid conductivity, fracture connectivity, temperature, and rock mineralogy. These methods have governing equations that are the same over a large range of frequencies, thus allowing to study in an analogous manner processes on scales ranging from few meters close to the surface down to several hundreds of kilometers depth. Unfortunately, they suffer from a significant resolution loss with depth due to the diffusive nature of the electromagnetic fields. Therefore, estimations of subsurface models that use these methods should incorporate a priori information to better constrain the models, and provide appropriate measures of model uncertainty. During my thesis, I have developed approaches to improve the static and dynamic characterization of the subsurface with plane-wave EM methods. In the first part of this thesis, I present a two-dimensional deterministic approach to perform time-lapse inversion of plane-wave EM data. The strategy is based on the incorporation of prior information into the inversion algorithm regarding the expected temporal changes in electrical conductivity. This is done by incorporating a flexible stochastic regularization and constraints regarding the expected ranges of the changes by using Lagrange multipliers. I use non-l2 norms to penalize the model update in order to obtain sharp transitions between regions that experience temporal changes and regions that do not. I also incorporate a time-lapse differencing strategy to remove systematic errors in the time-lapse inversion. This work presents improvements in the characterization of temporal changes with respect to the classical approach of performing separate inversions and computing differences between the models. In the second part of this thesis, I adopt a Bayesian framework and use Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulations to quantify model parameter uncertainty in plane-wave EM inversion. For this purpose, I present a two-dimensional pixel-based probabilistic inversion strategy for separate and joint inversions of plane-wave EM and electrical resistivity tomography (ERT) data. I compare the uncertainties of the model parameters when considering different types of prior information on the model structure and different likelihood functions to describe the data errors. The results indicate that model regularization is necessary when dealing with a large number of model parameters because it helps to accelerate the convergence of the chains and leads to more realistic models. These constraints also lead to smaller uncertainty estimates, which imply posterior distributions that do not include the true underlying model in regions where the method has limited sensitivity. This situation can be improved by combining planewave EM methods with complimentary geophysical methods such as ERT. In addition, I show that an appropriate regularization weight and the standard deviation of the data errors can be retrieved by the MCMC inversion. Finally, I evaluate the possibility of characterizing the three-dimensional distribution of an injected water plume by performing three-dimensional time-lapse MCMC inversion of planewave EM data. Since MCMC inversion involves a significant computational burden in high parameter dimensions, I propose a model reduction strategy where the coefficients of a Legendre moment decomposition of the injected water plume and its location are estimated. For this purpose, a base resistivity model is needed which is obtained prior to the time-lapse experiment. A synthetic test shows that the methodology works well when the base resistivity model is correctly characterized. The methodology is also applied to an injection experiment performed in a geothermal system in Australia, and compared to a three-dimensional time-lapse inversion performed within a deterministic framework. The MCMC inversion better constrains the water plumes due to the larger amount of prior information that is included in the algorithm. The conductivity changes needed to explain the time-lapse data are much larger than what is physically possible based on present day understandings. This issue may be related to the base resistivity model used, therefore indicating that more efforts should be given to obtain high-quality base models prior to dynamic experiments. The studies described herein give clear evidence that plane-wave EM methods are useful to characterize and monitor the subsurface at a wide range of scales. The presented approaches contribute to an improved appraisal of the obtained models, both in terms of the incorporation of prior information in the algorithms and the posterior uncertainty quantification. In addition, the developed strategies can be applied to other geophysical methods, and offer great flexibility to incorporate additional information when available.

Substâncias húmicas, atividade microbiana e carbono orgânico lábil em agregados de um Latossolo Vermelho distrófico sob duas coberturas vegetais

A matéria orgânica (MO) constitui um atributo indicativo da qualidade do solo. O conhecimento de seus distintos componentes, explicando a influência que as práticas de manejo exercem sobre a MO e a agregação dos solos, é de grande importância para a sustentabilidade dos sistemas agrícolas. Neste trabalho, avaliaram-se as substâncias húmicas, a atividade microbiana e o C orgânico lábil em agregados de um Latossolo Vermelho distrófico de Minas Gerais sob vegetação natural de Cerradão e sob cultivo convencional com milho durante 30 anos. Para isso, foram retiradas amostras de solo nas profundidades de 5-10 e 15-20 cm em quatro pontos diferentes. Após coletado, o material foi seco ao ar e fracionado, por via seca, nas classes de agregados de: 4,75-2,0; 2,0-1,0; 1,0-0,5; 0,5-0,25; 0,25-0,105; e < 0,105 mm de diâmetro. Nesses materiais determinaram-se o C orgânico das frações ácidos fúlvicos (AF), ácidos húmicos (AH) e huminas (HUM) e o C orgânico lábil (COL) utilizando KMnO4 15,6 e 33,0 mmol L-1. Os materiais foram ainda submetidos a um ensaio de respirometria, em que os valores da produção de CO2 foram ajustados a equações logísticas [Y = a/1 + e-(b + cx)], estimando-se o tempo necessário para atingir metade da produção máxima de CO2 (t1/2). Os resultados mostraram que, em média, os agregados do solo sob cultivo apresentaram maiores teores de C orgânico da fração AH e de COL determinado com KMnO4 33,0 mmol L-1. Para as frações AF e HUM e o COL determinado com KMnO4 15,6 mmol L-1, esse comportamento foi observado somente na profundidade de 15-20 cm. Nos agregados do solo sob Cerradão, verificou-se maior produção de CO2. Os agregados de menor tamanho tenderam a apresentar maiores teores de C orgânico das frações AF e AH e do COL, além de serem responsáveis pela maior produção de CO2, constituindo-se em sítios favoráveis tanto para o estoque de MO, em decorrência da proteção física e química, quanto para sua mineralização, dada a ação preferencial dos microrganismos nesses locais. Os coeficientes da equação logística (a, b, c) e o t1/2 se mostraram importantes indicadores de qualidade da MO do solo em distintos manejos e, conseqüentemente, de sua labilidade.