Método alternativo para quantificação do intervalo hídrico ótimo em laboratório

O intervalo hídrico ótimo (IHO) é definido pela amplitude do teor de água (θ) no solo em que são mínimas as limitações ao crescimento vegetal, associadas à disponibilidade de água, aeração e resistência do solo à penetração (RP). Em geral, a determinação do IHO exige equipamentos de elevado custo, sendo laboriosa a obtenção dos dados de retenção de água e RP. O uso de membranas de pressão e placas porosas de Richards exige longo tempo para definir a curva de retenção de água no solo (CRA) em função do tempo de equilíbrio hidráulico, o qual depende das dimensões da amostra, do tipo de solo e da pressão aplicada. Atualmente, há disponibilidade de equipamentos para determinar o potencial de água do solo (ψ) com rapidez e menor custo como tensiômetros e equipamentos psicrométricos. O objetivo deste trabalho foi quantificar o IHO a partir do secamento de amostras indeformadas de solo em estufa elétrica com ventilação de ar e temperatura de 40 ºC (tempos de secamento de 20, 40, 60, 80, 100, 120, 180, 240, 300, 360 e 420 min), com subsequentes medições de ψ, utilizando tensiômetro ou psicrômetro, e medidas de RP, usando um penetrômetro eletrônico com aquisição automatizada de dados. A CRA e a curva de resistência do solo à penetração (CRS) foram adequadamente descritas utilizando o método proposto, que permitiu obter dados de θ e de RP em 10 dias e possibilitou ajuste acurado dos dados para descrever o IHO e alcançar a densidade crítica do solo (Dsc).

Topological magnetic irreversibility in superconducting Pb samples of various shapes

The magnetic-field dependence of the magnetization of cylinders, disks, and spheres of pure type-I superconducting lead was investigated by means of isothermal measurements of first magnetization curves and hysteresis cycles. Depending on the geometry of the sample and the direction and intensity of the applied magnetic field, the intermediate state exhibits different irreversible features that become particularly highlighted in minor hysteresis cycles. The irreversibility is noticeably observed in cylinders and disks only when the magnetic field is parallel to the axis of revolution and is very subtle in spheres. When the magnetic field decreases from the normal state, the irreversibility appears at a temperature-dependent value whose distance to the thermodynamic critical field depends on the sample geometry. The irreversible features in the disks are altered when they are submitted to an annealing process. These results agree well with very recent high-resolution magneto-optical experiments in similar materials that were interpreted in terms of transitions between different topological structures for the flux configuration in the intermediate state. A discussion of the relative role of geometrical barriers for flux entry and exit and pinning effects as responsible for the magnetic irreversibility is given.

Aeration condition of a clayey oxisol under long-term no-tillage

The hypothesis of this study was that the absence of soil tillage in long-term no-tillage (NT) systems can be detrimental to soil aeration. The objective was to assess the aeration condition of an Oxisol (Rhodic Ferrasol), very clayey texture (750 g kg-1 of clay; 200 g kg-1 of sand), after 30 years of cultivation under NT. The physical property soil air permeability (Ka) is sensitive to changes in the soil pore system. Aside from Ka, the air-filled porosity (ε a) and indices of pore continuity (K1 and N), derived from the relationship between Ka and εa, were used as indices of soil aeration. From the soil layers 0.0-0.1 and 0.1-0.2 m, 240 undisturbed samples were collected along a transect perpendicular to the crop rows, at three sampling positions: corn plant row (CR); center of the interrow (INT); and the equidistant point between CR and INT (PE). The properties Ka and εa were determined at soil matric potentials (Ψm) of -2, -4, -6, -10, -30, and -50 kPa. Soil bulk density (BD) was also determined. The results confirmed the hypothesis. In the 0.0-0.1 m layer, Ka, K1, N and Ψa were significantly greater and BD significantly lower in CR than at the other sampling positions. At a Ψm of -10 kPa, the Ka of CR was 6.9 and 8.4 times higher than in PE and INT, respectively, in the 0.0-0.1 m layer. The properties Ka, K1 and N were sensitive enough to detect changes in the pore system and their differences between the sampling positions demonstrated the importance of the spatial location for soil sampling. Tilling the crop rows provides better soil aeration under NT.

Avaliação do potencial erosivo das chuvas em Urussanga, SC, no período de 1980 a 2012

O conhecimento do potencial erosivo das chuvas e a sua distribuição ao longo do ano contribuem para o planejamento de práticas de manejo e a conservação do solo, que visam a redução da erosão hídrica, diminuindo as perdas de solo e aumentando a produção agrícola. Este trabalho teve como objetivo caracterizar as chuvas da região de Urussanga, SC, com relação ao potencial erosivo, determinando os Índices de Erosividade mensais e anuais (EI30) e estabelecendo assim o fator "R" para utilização na Equação Universal de Perdas de Solo, período de retorno e probabilidade de ocorrência das chuvas erosivas, a partir dos dados de chuva de diagramas diários do pluviógrafo da Estação Meteorológica de Urussanga, de outubro de 1980 a março de 2012. As chuvas foram digitalizadas em segmentos com intensidade constante. Foi elaborado um programa computacional para a leitura dos dados digitalizados, identificação das chuvas erosivas e realização dos cálculos de erosividade. A precipitação pluvial média anual foi de 1.781,8 mm, dos quais 1.502,6 mm foram de chuvas erosivas e 279,1 mm, de não erosivas. Ocorrem em média 184,9 chuvas por ano, sendo 77,7 % não erosivas e 22,3 %, erosivas. O valor médio anual do índice EI30 é 5.665,10 MJ mm ha-1 h-1, classificando as chuvas com erosividade média a forte. A época do ano com maior erosividade é de dezembro a março. O fator "R" da USLE, para regiões do entorno com características semelhantes de Urussanga, pode ser estimado com dados de pluviometria utilizando-se a equação linear ajustada.

Caracterização das chuvas erosivas em Urussanga, SC, com relação ao padrão de distribuição temporal

O estudo da distribuição temporal de chuvas é realizado com objetivo de caracterizar o padrão de chuva mais frequente. O conhecimento das características físicas das chuvas com relação aos padrões de precipitação permite realizar modelagem matemática de eventos hidrológicos em condições mais próximas às condições reais. O objetivo deste trabalho foi caracterizar as chuvas erosivas em Urussanga, SC, com relação aos padrões hidrológicos de distribuição temporal. Foram usados os pluviogramas da estação meteorológica de Urussanga (latitude 28,31º S, longitude 49,19º W e altitude de 49 m) relativos ao período de outubro de 1980 a março de 2012. As chuvas erosivas foram classificadas em padrões avançado, intermediário e atrasado, se a maior intensidade ocorre no terço de duração inicial, intermediário e final, respectivamente. Foram determinadas as características de altura pluvial, duração da chuva, energia cinética, intensidade máxima em 30 min, erosividade e frequência de chuvas mensais de cada padrão de chuva. Verificou-se a ocorrência de 1.221 chuvas erosivas, das quais 651 com perfil avançado; 416, intermediário; e 154, atrasado. A duração média das chuvas erosivas é de 14,4 h. A média total de intensidade média para as chuvas erosivas foi de 17,4 mm h-1. A maior concentração de chuvas (32,9 %) foi observada no intervalo de duração de 6 a 12 h. Para duração inferior a 18 h, ocorre maior frequência de chuvas do padrão avançado; já para acima de 18 h, as frequências de chuvas do padrão avançado e intermediário são semelhantes.

Self-organized criticality induced by diversity

We have studied the collective behavior of a population of integrate-and-fire oscillators. We show that diversity, introduced in terms of a random distribution of natural periods, is the mechanism that permits one to observe self-organized criticality (SOC) in the long time regime. As diversity increases the system undergoes several transitions from a supercritical regime to a subcritical one, crossing the SOC region. Although there are resemblances with percolation, we give proofs that criticality takes place for a wide range of values of the control parameter instead of a single value.

Index of soil physical quality of hardsetting soils on the brazilian coast

Many soils have a hard-setting behavior, also known as cohesive or "coesos". In such soils, the penetration resistance increases markedly when dry and decreases considerably when moist, creating serious limitations for plant emergence and growth. To evaluate the level of structure degradation in hard-setting soils with different texture classes and to create an index for assessing soil hardness levels in hard-setting soils, six soil representative profiles were selected in the field in various regions of Brazil. The following indices were tested: S, which measures soil physical quality, and H , which analyzes the degree of hardness and the effective stress in the soil during drying. Both indices were calculated using previously described functions based on data from the water-retention curves for the soils. The hard-setting values identified in different soils of the Brazilian Coastal Tablelands have distinct compaction (hardness) levels and can be satisfactorily measured by the H index. The S index was adequate for evaluating the structural characteristics of the hard-setting soils, classifying them as suitable or poor for cultivation, but only when the moisture level of the soil was near the inflection point. The H index showed that increases in density in hard-setting soils result from increases in effective stress and not from the soil texture. Values for Bd > 1.48 kg dm-3 classify the soil as hard-setting, and the structural organization is considered "poor".

Quantification of the least limiting water range in an oxisol using two methodological strategies

The least limiting water range (LLWR) has been used as an indicator of soil physical quality as it represents, in a single parameter, the soil physical properties directly linked to plant growth, with the exception of temperature. The usual procedure for obtaining the LLWR involves determination of the water retention curve (WRC) and the soil resistance to penetration curve (SRC) in soil samples with undisturbed structure in the laboratory. Determination of the WRC and SRC using field measurements (in situ ) is preferable, but requires appropriate instrumentation. The objective of this study was to determine the LLWR from the data collected for determination of WRC and SRC in situ using portable electronic instruments, and to compare those determinations with the ones made in the laboratory. Samples were taken from the 0.0-0.1 m layer of a Latossolo Vermelho distrófico (Oxisol). Two methods were used for quantification of the LLWR: the traditional, with measurements made in soil samples with undisturbed structure; and in situ , with measurements of water content (θ), soil water potential (Ψ), and soil resistance to penetration (SR) through the use of sensors. The in situ measurements of θ, Ψ and SR were taken over a period of four days of soil drying. At the same time, samples with undisturbed structure were collected for determination of bulk density (BD). Due to the limitations of measurement of Ψ by tensiometer, additional determinations of θ were made with a psychrometer (in the laboratory) at the Ψ of -1500 kPa. The results show that it is possible to determine the LLWR by the θ, Ψ and SR measurements using the suggested approach and instrumentation. The quality of fit of the SRC was similar in both strategies. In contrast, the θ and Ψ in situ measurements, associated with those measured with a psychrometer, produced a better WRC description. The estimates of the LLWR were similar in both methodological strategies. The quantification of LLWR in situ can be achieved in 10 % of the time required for the traditional method.

Long-tailed trapping times and Lévy flights in a self-organized critical granular system

We present a continuous time random walk model for the scale-invariant transport found in a self-organized critical rice pile [K. Christensen et al., Phys. Rev. Lett. 77, 107 (1996)]. From our analytical results it is shown that the dynamics of the experiment can be explained in terms of Lvy flights for the grains and a long-tailed distribution of trapping times. Scaling relations for the exponents of these distributions are obtained. The predicted microscopic behavior is confirmed by means of a cellular automaton model.

Soil water erosion under different cultivation systems and different fertilization rates and forms over 10 years

The action of rain and surface runoff together are the active agents of water erosion, and further influences are the soil type, terrain, soil cover, soil management, and conservation practices. Soil water erosion is low in the no-tillage management system, being influenced by the amount and form of lime and fertilizer application to the soil, among other factors. The aim was to evaluate the effect of the form of liming, the quantity and management of fertilizer application on the soil and water losses by erosion under natural rainfall. The study was carried out between 2003 and 2013 on a Humic Dystrupept soil, with the following treatments: T1 - cultivation with liming and corrective fertilizer incorporated into the soil in the first year, and with 100 % annual maintenance fertilization of P and K; T2 - surface liming and corrective fertilization distributed over five years, and with 75 % annual maintenance fertilization of P and K; T3 - surface liming and corrective fertilization distributed over three years, and with 50 % annual maintenance fertilization of P and K; T4 - surface liming and corrective fertilization distributed over two years, and with 25 % annual maintenance fertilization of P and K; T5 - fallow soil, without liming or fertilization. In the rotation the crops black oat (Avena strigosa ), soybean (Glycine max ), common vetch (Vicia sativa ), maize (Zea mays ), fodder radish (Raphanus sativus ), and black beans (Phaseolus vulgaris ). The split application of lime and mineral fertilizer to the soil surface in a no-tillage system over three and five years, results in better control of soil losses than when split in two years. The increase in the amount of fertilizer applied to the soil surface under no-tillage cultivation increases phytomass production and reduces soil loss by water erosion. Water losses in treatments under no-tillage cultivation were low in all crop cycles, with a similar behavior as soil losses.

Self-organized criticality and synchronization in a coupled map lattice model of integrate-and-fire oscillators

We introduce two coupled map lattice models with nonconservative interactions and a continuous nonlinear driving. Depending on both the degree of conservation and the convexity of the driving we find different behaviors, ranging from self-organized criticality, in the sense that the distribution of events (avalanches) obeys a power law, to a macroscopic synchronization of the population of oscillators, with avalanches of the size of the system.

Synchronization in a lattice model of pulse-coupled oscillators

We analyze the collective behavior of a lattice model of pulse-coupled oscillators. By means of computer simulations we find the relation between the intrinsic dynamics of each member of the population and their mutual interactions that ensures, in a general context, the existence of a fully synchronized regime. This condition turns out to be the same as that obtained for the globally coupled population. When the condition is not completely satisfied we find different spatial structures. This also gives some hints about self-organized criticality.

Symmetries and fixed point stability of stochastic differential equations modeling self-organized criticality

A stochastic nonlinear partial differential equation is constructed for two different models exhibiting self-organized criticality: the Bak-Tang-Wiesenfeld (BTW) sandpile model [Phys. Rev. Lett. 59, 381 (1987); Phys. Rev. A 38, 364 (1988)] and the Zhang model [Phys. Rev. Lett. 63, 470 (1989)]. The dynamic renormalization group (DRG) enables one to compute the critical exponents. However, the nontrivial stable fixed point of the DRG transformation is unreachable for the original parameters of the models. We introduce an alternative regularization of the step function involved in the threshold condition, which breaks the symmetry of the BTW model. Although the symmetry properties of the two models are different, it is shown that they both belong to the same universality class. In this case the DRG procedure leads to a symmetric behavior for both models, restoring the broken symmetry, and makes accessible the nontrivial fixed point. This technique could also be applied to other problems with threshold dynamics.

AGRUPAMENTO DE PEDONS DE CAMBISSOLOS HÚMICOS COM BASE EM ATRIBUTOS FÍSICOS E QUÍMICOS UTILIZANDO A ESTATÍSTICA MULTIVARIADA

Em um levantamento pedológico, a descrição detalhada do conjunto de atributos do solo é fundamental para se analisar e compreender as interações dos diversos processos que ocorrem no solo. Para tanto, a análise multivariada pode ser uma ferramenta estatística importante para interpretar e compreender melhor as relações e semelhanças entre pedons. Os objetivos deste trabalho foram diferenciar e agrupar pedons similares com base em atributos físicos e químicos usando a estatística multivariada. O estudo foi desenvolvido em Lages, SC, a 27º 48′ de latitude sul e 50º 20′ de longitude oeste, com 916 m de altitude média e clima mesotérmico úmido com verões frescos (Cfb). Sete pedons de Cambissolos desenvolvidos de siltito foram descritos e coletados em um levantamento detalhado de solos para o planejamento conservacionista com base na capacidade de uso das terras. Os atributos químicos e físicos analisados foram textura, densidade, porosidade, estabilidade de agregados em água, teores de carbono orgânico, P, Al, K, Na, Ca, Mg e acidez ativa e potencial. As variáveis de solo foram avaliadas por meio da análise de fatores e agrupamentos. A partir dessas análises, foi possível agrupar os pedons com base em seus atributos químicos e físicos e identificar aqueles que foram determinantes na discriminação dos pedons. Além disso, levou a uma melhor compreensão da natureza intrínseca de correlações entre os atributos físicos e químicos do solo, demonstrando que a análise multivariada é uma ferramenta eficaz no estabelecimento dos agrupamentos de solos.

Macrofauna Edáfica e Atributos Físicos e Químicos em Sistemas de Uso do Solo no Planalto Catarinense

RESUMO O uso do solo pode alterar processos como decomposição da matéria orgânica, ciclagem de nutrientes e agregação das partículas e, com isso, influenciar a ocorrência da macrofauna. Objetivou-se com este estudo relacionar os sistemas de uso do solo e os efeitos deles sobre a distribuição de grupos da macrofauna do solo, bem como a relação desses com os atributos físicos e químicos do solo. Os sistemas de uso do solo avaliados foram: floresta nativa, reflorestamento de eucalipto, pastagem, integração lavoura-pecuária e lavoura com sistema plantio direto. As amostras foram coletadas em uma grade de amostragem de 3 × 3, totalizando nove pontos, distanciados entre si em 30 m, no inverno e verão, em três municípios do Planalto Sul-catarinense, considerados réplicas verdadeiras. As avaliações foram de atributos físicos e químicos do solo e da abundância e diversidade da macrofauna, coletada pelo método Tropical Soil Biology and Fertility (TSBF). Os organismos do solo são pertencentes a 16 grupos taxonômicos, com 4.702 indivíduos m-2 no inverno e 7.438 indivíduos m-2 no verão. Houve interação entre época e sistemas de uso do solo, com flutuação populacional dos organismos dependente do uso e com relação aos atributos físicos e químicos do solo, evidenciada pela análise de redundância, que apresentou alta correlação entre variáveis ambientais e fauna do solo. As mudanças na composição da macrofauna do solo foram observadas nos seus sistemas de uso, que tiveram maior intervenção antrópica. Floresta nativa, reflorestamento de eucalipto e pastagem são mais estáveis em termos de biodiversidade da macrofauna do solo, quando comparados com áreas agrícolas com plantio direto e integração lavoura-pecuária.