Cost-Efficient Spatial Placement of Water Retention Sites (WRS) to Reduce Sediment in Le Sueur River Watershed,MN

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

Rainfall infiltration and soil hydrological characteristics below ancient forest, planted forest and grassland in a temperate northern climate

How rainfall infiltration rate and soil hydrological characteristics develop over time under forests of different ages in temperate regions is poorly understood. In this study, infiltration rate and soil hydrological characteristics were investigated under forests of different ages and under grassland. Soil hydraulic characteristics were measured at different scales under a 250-year-old grazed grassland (GL), 6-year-old (6yr) and 48-year-old (48yr) Scots pine (Pinus sylvestris) plantations, remnant 300-year-old individual Scots pine (OT) and a 4000-year-old Caledonian Forest (AF). In situ field-saturated hydraulic conductivity (Kfs) was measured, and visible root:soil area was estimated from soil pits. Macroporosity, pore structure and macropore connectivity were estimated from X-ray tomography of soil cores, and from water-release characteristics. At all scales, the median values for Kfs, root fraction, macroporosity and connectivity values tended to AF>OT>48yr>GL>6yr, indicating that infiltration rates and water storage increased with forest age. The remnant Caledonian Forest had a huge range of Kfs (12 to >4922mmh-1), with maximum Kfs values 7 to 15 times larger than those of 48-year-old Scots pine plantation, suggesting that undisturbed old forests, with high rainfall and minimal evapotranspiration in winter, may act as important areas for water storage and sinks for storm rainfall to infiltrate and transport to deeper soil layers via preferential flow. The importance of the development of soil hydrological characteristics under different aged forests is discussed.

Soil & water research.

Cover title.

黄土高原水蚀风蚀交错带不同土地利用方式坡面土壤水分特性研究

为分析不同土地利用方式下坡面土壤水分特性的差异和规律,对黄土高原水蚀风蚀交错带典型坡面上农地、林地和草地的土壤水分特性进行了分析。结果表明:(1)苜蓿地土壤的持水能力和供水能力最强,其次是杏树林和长芒草地,谷子地最差;(2)通过土壤水分有效性分析发现,水蚀风蚀交错带田间持水量相当于-0.2×105Pa土壤基质势时的土壤含水量,永久凋萎点则低于-2.0×106Pa土壤基质势对应的土壤含水量;(3)苜蓿地有效水含量最高,谷子地有效水含量最低,而且苜蓿地土壤有效水含量的提高主要是提高了迟效水部分;(4)对不同土地利用方式下的土壤比水容量变化曲线研究表明,土壤比水容量在田间持水量附近随土壤含水量的降低减小的很快,而当土壤水分降低到田间持水量的50%~60%以下时,土壤比水容量基本不变。

土壤持水特征测定中质量含水量、吸力和容重三者间定量关系I.填装土壤

在试验过程中,通常采用一个土样进行连续试验来测定土壤的持水特征。此时,土样的有机质、黏粒矿物类型和阳离子交换量等性质基本保持不变,而土壤的容重在水力学和机械压力共同作用下会发生很大的变化。因此,我们认为实测的土壤持水特征不再是土壤吸力和含水量相对应的一条曲线,而是由土壤质量含水量、吸力和容重三变量共同确定的一个曲面。本文在Brooks-Corey土壤水分特征曲线模型的基础上,提出了两种描述土壤质量含水量、吸力和容重三变量关系的曲面模型,分析了模型的优缺点和适用条件,并采用离心机石蜡控容重法实测了四种质地填装土壤的三变量特征曲面。研究结果表明:土壤持水特征是由土壤质量含水量、吸力和容重三变量共同确定的一个曲面这一假设是合理的;类似于Brooks-Corey模型的两种幂函数经验曲面模型能够合理地描述填装土壤的实测数据,决定系数均大于0.94;模型Ⅰ的拟合效果略好于模型Ⅱ,但模型Ⅱ包含两个物理意义明确的参数,具有一定的优势。这一研究将为校正容重变化对土壤水力学参数的影响提供新的途径。

宁夏南部山区不同耕作方式对冬小麦产量及水分利用效率的影响

为探讨在宁南山区推广保护性耕作技术的可行性,2005~2006年在宁夏彭阳县就垄沟、传统、覆膜3种不同的耕作方式的适应性进行试验研究,对比分析了3种耕作方式下冬小麦的生长状况、产量及农田土壤含水量变化的关系。结果表明:覆膜耕作可增加土壤蓄水保墒性能,提高水分利用效率,增产增效明显。对三种耕作方式下作物产量进行分析,覆膜耕作比传统耕作增产46%;垄沟耕作比传统耕作减产71%。覆膜耕作水分利用效率比传统耕作提高了33%;垄沟耕作由于在越冬期垄上冬小麦大面积冻死,不适宜在宁南山区推广。

The response of reworked aerosols to climate through estimation of inter-particle forces

This paper describes the first use of inter-particle force measurement in reworked aerosols to better understand the mechanics of dust deflation and its consequent ecological ramifications. Dust is likely to carry hydrocarbons and micro-organisms including human pathogens and cultured microbes and thereby is a threat to plants, animals and human. Present-day global aerosol emissions are substantially greater than in 1850; however, the projected influx rates are highly disputable. This uncertainty, in part, has roots in the lack of understanding of deflation mechanisms. A growing body of literature shows that whether carbon emission continues to increase, plant transpiration drops and soil water retention enhances, allowing more greenery to grow and less dust to flux. On the other hand, a small but important body of geochemistry literature shows that increasing emission and global temperature leads to extreme climates, decalcification of surface soils containing soluble carbonate polymorphs and hence a greater chance of deflation. The consistency of loosely packed reworked silt provides background data against which the resistance of dust’s bonding components (carbonates and water) can be compared. The use of macro-scale phenomenological approaches to measure dust consistency is trivial. Instead, consistency can be measured in terms of inter-particle stress state. This paper describes a semi-empirical parametrisation of the inter-particle cohesion forces in terms of the balance of contact-level forces at the instant of particle motion. We put forward the hypothesis that the loss of Ca2+-based pedogenic salts is responsible for much of the dust influx and surficial drying pays a less significant role.

Efeito do conteúdo de água e da compactação do solo na produção de soja

A compactação do solo tem sido fator físico limitante ao crescimento das plantas. Este trabalho objetivou avaliar a produção de soja (Glycine max cv. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) 48) em razão do conteúdo de água e da compactação do solo. Usou-se o delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial 4x2, ou seja, quatro níveis de resistência à penetração (entre 0,27 e 4,32 MPa) e dois níveis de retenção de água pelo solo (0,05 e 0,01 MPa). Foram utilizadas amostras de Latossolo Vermelho textura média (LVd) e Latossolo Vermelho textura argilosa (LVef), coletadas na profundidade de 020 cm, passadas em peneira de 0,4 cm e compactadas em camadas de 3 cm, em vasos de 20 cm de altura e 25 cm de diâmetro (9,82 L). Os níveis de resistência à penetração foram determinados com o penetrômetro de anel dinamométrico. O nível crítico de resistência do solo à penetração, em relação à produção de grãos, foi de 1,66 e 2,22 MPa, no LVd, e 3,05 e 2,81 MPa, no LVef, para o conteúdo de água retida na tensão de 0,05 e 0,01 MPa, respectivamente. A maior produção de grãos foi obtida na tensão de 0,01 MPa. A produção de grãos de soja é afetada em níveis críticos de resistência do solo à penetração superiores a 2 MPa em latossolos com conteúdo de água retida na tensão de 0,01 MPa.

Compactação do solo e intervalo hídrico ótimo na produtividade de arroz de sequeiro

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

Número mínimo de tensões para determinação da curva característica de retenção de água de um latossolo vermelho eutrófico sob sistema de semeadura direta

Para o conhecimento do comportamento físico-hídrico do solo, é fundamental a determinação da curva de retenção de água (CRA). A aquisição de dados para obtenção da CRA envolve processos demorados e custos elevados. A hipótese deste estudo foi a de que é possível determinar a CRA com menor número de tensões, reduzindo seu tempo de obtenção, sem, contudo, comprometer a acurácia dos resultados. Assim, o objetivo deste trabalho foi determinar quais tensões podem ser utilizadas para determinação da CRA de Latossolo Vermelho eutrófico de maneira acurada e em menor tempo. Foram determinados os conteúdos de água retidos em amostras de um Latossolo Vermelho eutrófico sob sistema de semeadura direta (SSD). As tensões utilizadas na determinação dos conteúdos de água foram: 0, 10, 20, 40, 60, 80, 100, 200, 300, 500, 700, 1.000, 3.000, 5.000 e 15.000 hPa. Os dados foram combinados e determinaram-se 450 CRAs ajustadas pelo modelo de van Genuchten. Os parâmetros α, m, n e Ug res, gerados pelo modelo, foram submetidos à análise de variância (teste F) e as médias comparadas pelo teste de Scott-Knott (p = 0,05). A hipótese deste estudo foi confirmada, ou seja, é possível determinar a CRA com menor número de tensões, reduzindo seu tempo de obtenção em até cinco vezes, sem, contudo, comprometer a acurácia dos resultados. A tensão de 15.000 hPa deve estar contida na combinação de tensões a serem utilizadas para determinação da curva característica de retenção de água, quando se emprega o modelo matemático de van Genuchten para ajuste dos dados. As curvas características de retenção de água do solo, definidas com as combinações de tensões (0, 60, 700 e 15.000 hPa), (0, 80, 700 e 15.000 hPa), (0, 100, 1.000 e 15.000 hPa), (0, 20, 60, 100, 700 e 15.000 hPa), (0, 80, 300, 700 e 15.000 hPa) e (0, 100, 300, 1.000 e 15.000 hPa), sendo os dados ajustados ao modelo de van Genuchten, proporcionaram estimativas dos conteúdos de água, retidos no Latossolo Vermelho eutrófico sob sistema de semeadura direta, com a mesma acurácia, quando comparada à curva de referência partindo-se de um conjunto de 15 valores de tensões.

Mineralização do nitrogênio proveniente da aplicação do resíduo da indústria processadora de goiabas em Argissolo

Informações sobre a mineralização de subprodutos são importantes para o correto manejo desses materiais em áreas agrícolas. Assim, objetivou-se avaliar a mineralização do nitrogênio proveniente do resíduo da indústria processadora de goiabas, aplicado em Argissolo cultivado com goiabeiras. Amostras do solo mais o subproduto foram acondicionados em frascos de polietileno com capacidade de 0,25 dm³. Foram pesados 100 g de solo mais o resíduo referente a cada tratamento (doses do subproduto: 0; 9; 18 e 36 t ha-1), sendo tal procedimento realizado em triplicata. O período máximo de incubação foi de 11 semanas, analisando-se as amostras nos seguintes tempos: 0; 7; 14; 28; 42; 56; 70; 84; 98; 112 e 126 dias. A umidade foi corrigida para 70% da capacidade de retenção de água do solo, sendo monitorada diariamente através de pesagens dos potes. Nos tempos estabelecidos realizou-se a desmontagem de três frascos correspondentes a cada tratamento, determinando-se o nitrogênio inorgânico. Pode-se afirmar que a mineralização do N ou a liberação é lenta, ou seja, não há rápida disponibilização de nitrogênio. No período avaliado, 126 dias, a fração média de mineralização foi de 23% e, a meia vida média de 73 dias.

Alteração de atributos físicos em latossolo com aplicação superficial de escória de aciaria, lama cal, lodos de esgoto e calcário

Os resíduos industriais e urbanos podem atuar como condicionadores do solo, pois possuem a capacidade de alterar suas propriedades físicas. Contudo, não há referência para os atributos físicos do solo quando esses resíduos são aplicados sobre a superfície do solo no sistema plantio direto. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da aplicação superficial de escória de aciaria, lama cal, lodos de esgoto e calcário nos atributos físicos de um Latossolo Vermelho distrófico sob sistema plantio direto. Os tratamentos foram constituídos por quatro resíduos: lodos de esgoto centrifugado - LC e de biodigestor - LB, escória de aciaria - E, e lama cal - Lcal, interagindo com quatro doses (0, 2, 4 e 8 t ha-1, aplicadas na forma seca) mais uma testemunha (controle), constituída da aplicação de 2 t ha-1 de calcário. O delineamento experimental foi em blocos casualizados no esquema fatorial 4 x 4 + 1, com quatro repetições. A presença de Ca na composição de lama cal, lodo de esgoto centrifugado, escória de aciaria e calcário permite o aumento da agregação das partículas, diâmetro médio ponderado, índice de estabilidade de agregados, porosidade e retenção de água, sendo essas alterações distintas para cada fonte, dose e profundidade de reação no solo. A aplicação superficial da lama cal na dose de 8 t ha-1, após 27 meses de reação, proporcionou a maior agregação das partículas no solo, desde a superfície até 40 cm de profundidade.

Investigação dos processos hidrossedimentológicos em parcela experimental no semi-árido potiguar

In northeastern semiarid, seasonality on precipitation temporal distribution, high intensity storm events and inadequate management of native vegetation can promote soil erosion. Vegetation removal causes soil surface exposure, reduces soil water storage capacity and can be the source degradation processes. In this context, this approach aims to analyze water and soil erosion processes on a 250 m2 undisturbed experimental plot with native vegetation, slope 2.5% by using 2006 and 2007 monitoring data. The site was instrumented to monitor rainfall, overland flow runoff and erosion by using a 5 m³ tank downstream the plot. Soil erosion monitoring was made by transported sediment and organic matter collection after each event. Field infiltration experiments were made at 16 points randomly distributed within the plot area by using a constant head infiltrometer during drought and rainy seasons, respectively. Infiltration data revealed high spatial and temporal variability. It was observed that during the beginning of the rainy period, 77% of the events showed runoff coefficient less than 0.05. As the rainy season began, soil water increase produced annual species germination. High intensity storms resulted in runoff coefficients varying between 0.33 and 0.42. Once the annual species was established, it was observed that approximately 39% of the events produced no runoff, which reflects an increase on soil water retention capacity caused by the vegetation. A gradual runoff reduction during the rainy season emphasizes the effect of vegetative density increase. Soil erosion observed data allowed to fit an empirical relationship involving soil loss and precipitation height, which was used to analyze the plot installation impact on soil erosion. Observed soil loss in 2006 and 2007 was 230 Kg/ha and 54 Kg/ha, respectively

Resposta de cultivares de arroz de sequeiro ao preparo do solo e à irrigação por aspersão

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