Predicción de la evapotranspiración de referencia utilizando redes neuronales artificiales / Reference evapotranspiration prediction using Artificial Neural Networks

RESUMEN La evapotranspiración de referencia (ETo) es una variable hidrológica de gran importancia en el manejo del riego. Su estimación se realiza con la ecuación de Penman-Montieth (PM), que requiere de muchas variables meteorológicas, las cuales, a veces, no se encuentran disponibles. Dado que la ETo es una variable no lineal y compleja, en los últimos años han surgido métodos alternativos para su estimación, como las redes neuronales artificiales (RNA). El objetivo del presente trabajo fue estimar la evapotranspiración de referencia (ETo) usando la ecuación de Penman-Montieth, a fin de desarrollar modelos de redes neuronales artificiales (RNA) que permitan predecir la ETo en regiones con información climatológica limitada, y su vez comparar el desempeño de tres modelos de RNA: FFNN, ERNN y NARX. Se utilizó información diaria durante el periodo 1 de enero de 2007 al 31 de diciembre de 2018, de las estaciones meteorológicas ENP8 y ENP4 de la CDMX. Se realizó un análisis de correlación y el análisis de sensibilidad de Garson para estudiar 2 casos (red estática FFNN y redes dinámicas: ERNN y NARX) usando 3 modelos de RNA: 1) RNA con 6 entradas: radiación solar (Rad), temperatura máxima y mínima (Tmax, Tmin), humedad relativa máxima y mínima (HRmax, HRmin) y velocidad del viento (u); y 2) RNA con 2 entradas (Rad y Tmax). La variable de salida fue la ETo calculada con la ecuación de PM. En todos los casos, las 3 RNA fueron muy parecidas, la diferencia más notable es que las redes dinámicas (ERNN y NARX) requieren de menor número de iteraciones para llegar al desempeño óptimo. Las RNA entrenadas, únicamente con Rad y Tmax como entradas, fueron capaces de predecir la ETo en el largo plazo, durante 440 d, en otra estación meteorológica cercana (ENP4), con eficiencias mayores al 90 %.

ABSTRACT Reference evapotranspiration (ETo) is a hydrological variable of great importance in irrigation management. Its estimation is carried out with the Penman-Montieth (PM) equation that requires many meteorological variables and that are sometimes not available. Since ETo is a nonlinear and complex variable, in recent years alternative methods have emerged for its estimation, such as artificial neural networks (ANN). The objective of this work was to estimate the reference evapotranspiration (ETo) using the Penman-Montieth equation, in order to develop artificial neural network (ANN) models that allow ETo to be predicted in regions with limited climatological information, and in turn to compare the performance of three RNA models: FFNN, ERNN and NARX. Daily informtion was used during the January 1, 2007 to December 31, 2018 period, for the ENP8 and ENP4 meteorological stations in Mexico city. Based on the correlation analysis and the Garson sensitivity analysis, 2 cases were studied for the 3 ANN models: 1) ANN with 6 inputs: solar radiation (Rad), maximum and minimum temperature (Tmax, Tmin), maximum and minimum relative humidity (RHmax, RHmin), and wind speed (u), and 2) RNA with 2 inputs (Rad and Tmax). The output variable was the ETo, calculated with the PM equation. In all cases, the performance of the 3 ANNs was very similar. The most notable difference is that the dynamic networks (ERNN and NARX) require fewer iterations to achieve the optimum performance. ANNs trained only with radiation and maximum temperature as inputs were able to predict a long-term ETo for 440 at another nearby meteorological station (ENP4), with efficiencies greater than 90 %.

Ajuste del coeficiente basal de cultivo (Kcb) de frijol (Phaseolus vulgaris) mediante teledetección

Para realizar un manejo eficiente del agua en la agricultura es necesario conocer los requerimientos hídricos del cultivo, lo cual, se puede realizar de manera sencilla y rápida, con la ayuda de cámaras convencionales. En este estudio, se determinaron los requerimientos hídricos de un cultivo de frijol (variedad DIACOL CALIMA G4494), sembrado en CIAT, Palmira - Valle del Cauca, Colombia, mediante la estimación de la curva del coeficiente basal de cultivo (Kcb), derivada de la curva de fracción de cobertura vegetal (Fcv). Para determinar la curva de fracción de cobertura vegetal, se emplearon imágenes tomadas con una cámara digital en el espectro visible (RGB), a baja altura (menos de 3 m). Las necesidades hídricas del cultivo de frijol, se calcularon empleando los valores del coeficiente basal de cultivo derivados junto con la modelación FAO-56. Los resultados indican que la curva de Kcb ajustada por fotografía fue diferente a la curva estándar presentada en la publicación FAO-56 para frijol, mostrando, principalmente, diferencia en la duración de las etapas y los valores de Kcb, en estas etapas. En cuanto a las necesidades hídricas, al emplear la curva de Kcb ajustada por fotografías, se evidencia que el cultivo requiere más agua en las etapas media y final, para evitar estrés hídrico en las plantas.

To carry out efficient water management in agriculture, it is necessary to know the water requirements of the crop, which can be done easily and quickly with the help of conventional cameras. In this study, the water requirements of a bean crop (DIACOL CALIMA G4494 variety) planted in CIAT, Palmira - Valle del Cauca, Colombia, were determined by estimating the curve of the basal crop coefficient (Kcb) derived from the vegetation cover fraction curve (Fcv). To determine the vegetation cover fraction curve, images taken with a digital camera in the visible spectrum (RGB) at low height (less than 3m) were used. The water needs of the bean crop were calculated using the basal crop coefficient values derived together with the FAO-56 modelling. The results indicate that the Kcb curve adjusted by photography was different from the standard curve presented in the publication FAO-56 for beans, mainly showing a difference in the duration of the stages and the Kcb values in these stages. Regarding water needs, when using the Kcb curve adjusted by photographs, it is evident that the crop requires more water in the middle and final stages, to avoid water stress in the plants.

Spatial-temporal variation in litterfall in seasonally dry tropical forests in Northeastern Brazil / Variação espaço-temporal da serapilheira em uma floresta tropical sazonalmente seca no Nordeste do Brasil

Abstract The production of litterfall is essential for nutrient cycling in terrestrial ecosystems. From November 2009 to October 2011, analyzed the monthly litterfall production in two areas of Caatinga, a type of Seasonally Dry Tropical Forest located in the Cariri Paraibano, in the semiarid region of the Paraíba, Northeastern Brazil. One of the areas, Private Natural Heritage Reserve (RPPN) Fazenda Almas, is legally protected, and the other, Fazenda Moreiras, does not. The aims were to evaluate the effects of precipitation, evapotranspiration and vegetation structure on the temporal and spatial dynamics of litterfall production. Eight sampling points were randomly chosen at each site, and two 1 m2 collectors were installed 50 m apart from each other. The collected material was sorted, dried and weighed. Additionally, the characteristics (density, species richness, height and mean basal area) of the tree-shrub stratum in plots with a 10 m radius surrounding each collector. Total litterfall production was 4,500 kg ha-1 yr-1 for Fazenda Almas and 3,300 kg ha-1 yr-1 for Fazenda Moreiras; these values were within the expected range for Seasonally Dry Tropical Forests. The inter- and intra-annual variation in litterfall production was positively correlated with precipitation and evapotranspiration rates, and four months after the highest precipitation rates, there was a marked decrease in litterfall occurred during the dry season. Furthermore, the contributions of the material fractions were distinct with the leaf fraction representing for more than 60% of the litterfall, and the vegetation structure explained 75% of the variation in litterfall production. Therefore, climatic factors and vegetation structure affect the temporal and spatial dynamics of litterfall production and consequently influence nutrient dynamics in the semiarid region of Brazil.

Resumo A produção de serapilheira é essencial para a ciclagem de nutrientes em ecossistemas terrestres. De Novembro de 2009 a Outubro de 2011, foi analisada a produção de serapilheira em duas áreas de Caatinga, um tipo de Floresta Tropical sazonalmente Seca localizada no Cariri Paraibano, na região do semiárido da Paraíba, Nordeste do Brasil. Uma das áreas, Reserva Particular do Patrimônio Natural - RPPN - Fazenda Almas, é legalmente protegida, ao contrário da outra, Fazenda Moreiras. Os objetivos foram avaliar o efeito da precipitação, evapotranspiração e estrutura da vegetação sobre a dinâmica temporal e espacial da produção de serapilheira. Oito pontos de amostragem foram escolhidos aleatoriamente em cada localidade, e dois coletores de 1 m2 foram instalados a 50 m um do outro. O material coletado foi triado, secado e pesado. Adicionalmente, foram registradas as características (densidade, riqueza de espécies, altura e área basal média) das espécies arbóreo-arbustivas na parcela com um raio (r) de 10 m ao redor de cada coletor. A produção total de serapilheira foi 4,500 Kg ha-1 yr-1 para a Fazenda Almas e 3,300 kg ha-1 yr-1 para a Fazenda Moreiras; estes valores estão dentro da faixa esperada para as Florestas Tropicais sazonalmente secas. A variação inter e intranual na produção de serapilheira foi positivamente correlacionada com as taxas de precipitação e evapotranspiração, e quatro meses depois das maiores taxas de precipitação, houve uma diminuição acentuada na serapilheira coletada durante a estação seca. Além disso, as contribuições das frações de material foram distintas com a fração de folha representando mais que 60% da serapilheira, e a estrutura da vegetação explicou 75% da variação na produção de serapilheira. Portanto, os fatores climáticos e a estrutura da vegetação afetam a dinâmica temporal e espacial da produção de serapilheira e, consequentemente, influenciam a dinâmica de nutrientes na região semiárida do Brasil.

Performance of ginger crop under different irrigation depths / Desempenho da cultura do gengibre sob diferentes lâminas de irrigação

In order to achieve good yields and profitability from ginger crops, the water supply must be adequate. However, there are few studies available which have evaluated the adequate water supply to this vegetable. The objective of this study was to evaluate the effect of different irrigation depths on the development and productivity of ginger plants. The research was conducted at the "Sítio Schmidt" farm located in the municipality of Santa Maria de Jetibá, in the central mountainous region of Espírito Santo State, Brazil. The experimental design was a randomized block design with four replications, each experimental unit consisting of three rows at a spacing of 0.90 m and 0.10 m between plants of two meters extension, totaling 20 experimental units. The treatments consisted of application of five irrigation depths equivalent to: 50%, 75%, 100%, 125% and 150% of crop evapotranspiration (ETc). We evaluated the number of sprouts; average mass of export quality rhizome; the production of export, small and total rhizomes (t ha-1); and water use efficiency. The total water depth applied in the range 1100­1200 mm per cycle favors the development of ginger plants, providing the highest yields of total and export rhizomes, the greatest average mass of export quality rhizome and lowest production of small rhizomes.

Para que se alcance bons rendimentos e lucratividade com a cultura do gengibre o fornecimento de água deve ser adequado. Entretanto, ainda são poucos os trabalhos que avaliam o adequado fornecimento de água para esta hortaliça. Frente a isso, objetivou-se avaliar o efeito de diferentes lâminas de irrigação no desenvolvimento e na produtividade da cultura do gengibre. A pesquisa foi conduzida na propriedade "Sítio Schmidt" localizada no município de Santa Maria de Jetibá, região Central Serrana do Estado do Espírito Santo. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com quatro repetições, sendo cada unidade experimental constituída por três fileiras em um espaçamento de 0,90 m e 0,10 m entre plantas de dois metros de extensão, totalizando 20 unidades experimentais. Os tratamentos consistiram na aplicação de cinco lâminas de irrigação, sendo elas: 50%, 75%, 100%, 125% e 150%. Foram avaliados o número de brotações; a massa média dos rizomas com padrão tipo exportação; as produtividades de rizomas tipo exportação, pequeno e total (t ha-1); e a eficiência do uso da água. A lâmina total aplicada na faixa de 1100-1200 mm por ciclo, ou seja, 75 a 100% da ETc favorece o desenvolvimento de plantas de gengibre, proporcionando maiores produtividades de rizoma total e tipo exportação, maior massa média de rizoma tipo exportação e menor produção de rizomas pequenos.

Controlled water stress in agricultural crops in brazilian cerrado / Estresse hídrico controlado em lavouras agrícolas no cerrado brasileiro

Considering the scenarios with reduction of water availability, the need to increase water use efficiency and crop yield, the objective of this study was to evaluate the effect of reducing the evapotranspiration of the main irrigated crops on productivity. Data from the years 2005 to 2016 for carrot, garlic, potato, sugarcane, bean, maize, soybean, wheat, coffee and cotton crops grown in the Brazilian states of Bahia, Minas Gerais, São Paulo, Goiás, Distrito Federal and Mato Grosso were collected. The crops were irrigated by central-pivot irrigation and drip irrigation systems, and irrigation management was performed using IRRIGER® software. With the information on potential crop evapotranspiration (ETpc) and crop evapotranspiration (ETc), it was possible to obtain a reduction of ETpc (%) for all crops. For all scenarios, these data were confronted with crop productivity and regression models were fitted. It was concluded that the maximum reductions of ETpc (%) without affecting productivity are 5% for garlic and potato, 12% for maize, 13% for bean, 15% for wheat, 20% for soybean and cotton, 25% for sugarcane and 30% for coffee.

Diante dos cenários com redução da disponibilidade hídrica, necessidade de aumento da eficiência no uso da água e da produtividade das culturas agrícolas, objetivou-se neste trabalho avaliar o efeito da redução da evapotranspiração na produtividade das principais culturas irrigadas. Informações foram coletadas nas safras dos anos de 2005 à 2016 para as culturas da cenoura, alho, batata, cana-de-açúcar, feijão, milho, soja, trigo, café e algodão cultivadas nos estados da Bahia (BA), Minas Gerais (MG), São Paulo (SP), Goiás (GO), Distrito Federal (DF) e Mato Grosso (MT). As culturas foram irrigadas por sistemas de irrigação por pivô central e gotejamento, sendo que os manejos de irrigação foram realizados por meio do software IRRIGER®. Com as informações de evapotranspiração potencial da cultura (ETpc) e evapotranspiração da cultura (ETc) foi possível obter a redução da ETpc (%) para todos os cultivos. Para todos os cenários, estes dados foram confrontados com a produtividade das culturas e modelos de regressão foram ajustados. Concluiu-se que a redução máxima de ETpc (%) sem afetar a produtividade é 5% para o alho e batata, 12% para o milho, 13% para o feijão, 15% para o trigo, 20% para a soja e algodão, 25% para a cana-de-açúcar e 30% para o café.

Study of Different Evapotranspiration Models under Polyhouse and Open Environment in Tarai Region of Uttarakhand

The average of mean monthly ET0 estimated under polyhouse by FAO PM (benchmark) model was 39.44 mm, but that of the FAO Penman, Hargreaves Stanghellini, Priestley-Taylor and FAO Radiation models were 38.37, 18.18, 37.80, 48.17 and 53.87 mm respectively. Whereas, the average of mean monthly ETo estimated under open environment by FAO PM (benchmark) model was 116.34 mm, but that of the FAO Penman, Hargreaves Stanghellini, Priestley-Taylor and FAO Radiation models were 119.33, 133, 126.41, 113.17 and 117.37 mm respectively. The FAO Penman and Hargreaves model are found to be most and least appropriate models for estimating daily ET0 under polyhouse. Whereas, FAO Radiation and Stanghellini model observed to be most and the least appropriate models in an open environment for estimating daily ET0 under polyhouse for the Pantnagar Tarai condition of Uttarakhand.

Actual evapotranspiration and crop coefficient of sweet orange during the initial development phase in the Rio Largo region, Alagoas / Evapotranspiração real e coeficiente da cultura da laranja lima durante a fase inicial de desenvolvimento na região de Rio Largo, Alagoas

ABSTRACT: Determining actual crop evapotranspiration (ETa) is paramount for irrigation management. The principal measurement methods and physical models generally require crop and weather data that are not readily available. We determined the crop coefficient (Kc) of sweet oranges during the initial development stage and evaluated the performance of the Poulovassilis semi-empirical model coupled with a simple soil water balance for estimating the ETa. The ETa was inferred from the variation in the soil water content over time, measured by time-domain reflectometry. In the Poulovassilis model, the ETa is obtained by multiplying the crop evapotranspiration (ETc) by an adjustment coefficient (ca), which accounts for a reduction in the evapotranspiration caused by soil water depletion. Soil water storage was obtained using the daily and 10-day soil water balances, computed by considering inputs and outputs of water from the system. The empirical parameter, ca, was determined using inverse modeling. The optimal ca value obtained through inverse modeling was 0.05 and 0.03 for the daily and 10-day soil water balances, respectively. The model performed better for the daily soil water balance than the 10-day balance, with performance comparable with the other ETa models. Average Kc during the sweet orange initial crop stage was 0.85.

RESUMO: A determinação da evapotranspiração real da cultura (ETa) é importante para o manejo da irrigação. Os principais métodos e modelos físicos de estimativa da ETa requerem dados que não são facilmente disponíveis. Neste trabalho, obteve-se o coeficiente da cultura (Kc) da laranja lima na fase inicial de desenvolvimento e avaliou-se o desempenho do modelo semi-empírico de Poulovassilis acoplado a um balanço hídrico simplificado na estimativa da ETa. A ETa (medida) foi obtida a partir da variação temporal do conteúdo de água no solo, obtida através da reflectometria no domínio do tempo (TDR). O modelo de POULOVASSILIS et al. (2001) assume que a redução da evapotranspiração da cultura é expressa por uma função exponencial do armazenamento de água do solo e por um coeficiente de ajuste empírico (ca). O armazenamento de água do solo foi obtido através do balanço hídrico (BH), diário e decendial, contabilizando as entradas e saídas de água do sistema. O parâmetro empírico ca foi obtido por modelagem inversa. O valor ótimo de ca obtido por modelagem inversa 0,05 para o BH diário e 0,03 para o BH decendial. O modelo apresentou melhor desempenho para o BH diário, comparável a outros modelos de estimativa da ETa. O Kc médio para fase inicial da laranja lima foi igual a 0,85.

Calibration methods for the Hargreaves-Samani equation / Métodos de calibração para a equação de Hargreaves-Samani

ABSTRACT The estimation of the reference evapotranspiration is an important factor for hydrological studies, design and management of irrigation systems, among others. The Penman Monteith equation presents high precision and accuracy in the estimation of this variable. However, its use becomes limited due to the large number of required meteorological data. In this context, the Hargreaves-Samani equation could be used as alternative, although, for a better performance a local calibration is required. Thus, the aim was to compare the calibration process of the Hargreaves-Samani equation by linear regression, by adjustment of the coefficients (A and B) and exponent (C) of the equation and by combinations of the two previous alternatives. Daily data from 6 weather stations, located in the state of Minas Gerais, from the period 1997 to 2016 were used. The calibration of the Hargreaves-Samani equation was performed in five ways: calibration by linear regression, adjustment of parameter "A", adjustment of parameters "A" and "C", adjustment of parameters "A", "B" and "C" and adjustment of parameters "A", "B" and "C" followed by calibration by linear regression. The performances of the models were evaluated based on the statistical indicators mean absolute error, mean bias error, Willmott's index of agreement, correlation coefficient and performance index. All the studied methodologies promoted better estimations of reference evapotranspiration. The simultaneous adjustment of the empirical parameters "A", "B" and "C" was the best alternative for calibration of the Hargreaves-Samani equation.

RESUMO A estimativa da evapotranspiração de referência é um importante fator para estudos hidrológicos, projeto e manejo de sistemas de irrigação, dentre outros. A equação de Penman Monteith apresenta elevada precisão e acurácia na estimativa desta variável. No entanto, o uso desta se torna limitado devido ao grande número de dados meteorológicos requeridos. Neste contexto, a equação de Hargreaves-Samani pode ser utilizada como alternativa, contudo, requer uma calibração local para a obtenção de melhores performances. Assim, objetivou-se comparar o processo de calibração da equação de Hargreaves-Samani via regressão linear, via ajuste dos coeficientes (A e B) e expoente (C) da equação e via combinações das duas alternativas anteriores. Foram utilizados dados diários de 6 estações meteorológicas, situadas no estado de Minas Gerais, do período de 1997 a 2016. A calibração da equação de Hargreaves-Samani foi realizada de cinco formas: calibração via regressão linear, ajuste do parâmetro "A", ajuste dos parâmetros "A" e "C", ajuste dos parâmetros "A", "B" e "C" e ajuste dos parâmetros "A", "B" e "C" seguido de calibração por regressão linear. As performances dos modelos foram avaliadas com base nos indicadores estatísticos erro absoluto médio, erro de viés médio, índice de concordância de Willmott, coeficiente de correlação e índice de desempenho. Todas as metodologias estudadas promoveram melhores estimativas da evapotranspiração de referência. O ajuste simultâneo dos parâmetros empíricos "A", "B" e "C" foi a melhor alternativa para calibração da equação de Hargreaves-Samani.

Calibration and validation of the AquaCrop model for the soybean crop grown under different levels of irrigation in the Motopiba region, Brazil / Calibração e validação do modelo AquaCrop para a cultura de soja cultivada mediante diferentes níveis de irrigação na região de Matopiba, Brasil

ABSTRACT: The water-driven AquaCrop model to simulate yield response has been calibrated and validated for soybean cultivated under different water levels irrigation in Matopiba region, Brazil. The crop was submitted to seven irrigation treatments during the dry season and a dry treatment in the rainy season. The model was parameterized and calibrated by using soybean yield data collected at field level. Model performance was evaluated by using the following statistical parameters: prediction error (Pe), Nash-Sutcliffe efficiency index (E), coefficient of determination (R2), mean absolute error (MAE), root mean square error normalized (RMSEN) and Willmott's index (d). The statistical analyses of the AquaCrop model calibrated for the Matopiba region disclosed error acceptable for yield prediction of soybean grown under tropical climate conditions. Results also indicated that the C2 soybean cultivar is more resistant to water stress than the C1 soybean grown in the Matopiba region, Brazil. In the treatments when the crop was well supplied with water, at least in one phase, the yield was greater than those with drought stress at last in one phase.

RESUMO: O modelo AquaCrop foi calibrado e validado para simular a produtividade da soja cultivada sob diferentes lâminas de irrigação na região de Matopiba, Brasil. A cultura foi submetida a sete tratamentos de irrigação durante a estação seca e um tratamento de sequeiro na estação chuvosa. O modelo foi parametrizado e calibrado utilizando dados de produtividade de soja coletados diretamente em campo. O desempenho do modelo foi avaliado utilizando os seguintes parâmetros estatísticos: erro de predição (Pe), índice de eficiência de Nash-Sutcliffe (E), coeficiente de determinação (R2), erro médio absoluto (EMA), raiz quadrática do erro médio normalizado (EQEMN) e índice de Willmott (d). As análises estatísticas do modelo AquaCrop calibrado para a região de Matopiba apresentaram erros aceitáveis na predição da produtividade de soja cultivada sob condições climáticas tropicais. Os resultados também indicaram que a cultivar de soja C2 é mais resistente ao estresse hídrico do que a soja C1 cultivada na região de Matopiba, Brasil. Nos tratamentos durante os quais a cultura foi bem abastecida com água, em pelo menos em uma fase, a produtividade foi maior, em vista do estresse hídrico que ocorre em uma fase.

Simulation of soil water balance and partitioning of evapotranspiration of maize grown in two growing seasons in Southern Brazil / Simulação do balanço hídrico do solo e particionamento da evapotranspiração do milho cultivado em duas épocas de semeadura no Sul do Brasil

ABSTRACT: The objective of this study was to simulate the variation of the available soil water during maize crop growth, in two different sowing times (first and second growing season), using a drip irrigation system. The treatments consisted of different irrigation strategies (full to deficit). The SIMDualKc simulation model was used to determine the daily soil water balance and crop evapotranspiration using the dual crop coefficient approach. Soil, climate, crop and irrigation parameters were used as input data. Two experiments were carried out in a rainout shelter composed of two metallic structures (16x10m) in the city of Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brazil, during 2010/11 (second crop, season 1) and 2011/12 (first crop, season 2) growing seasons, under no-tillage system. The simulations showed that all the irrigation management strategies used in season 2 resulted in soil water deficit, while only two strategies showed deficit in season 1. Results showed good agreement between observed and simulated soil water data, with an R2 ranging from 0.86 to 0.99 and the root mean square error ranging from 2.7 to 5.6% of the total available water for seasons 1 and 2, respectively. The observed results of water balance showed that maize grown in season 2 presented higher water consumption compared to season 1, due to the higher atmospheric demand of season 2. The SIMDualKc model allowed the partitioning of crop evapotranspiration into soil evaporation and crop transpiration, demonstrating that the vegetative growth subperiod presented the greatest differences between the two seasons compared to the others growth phases.

RESUMO: O objetivo deste estudo foi simular a variação da água disponível no solo durante o desenvolvimento da cultura do milho, em duas épocas de semeadura diferentes (primeira e segunda safra), utilizando sistema de irrigação por gotejamento. Os tratamentos consistiram em diferentes estratégias de irrigação (plena e deficitária). O modelo de simulação SIMDualKc foi utilizado para determinar o balanço hídrico diário do solo e a evapotranspiração da cultura usando a abordagem do coeficiente cultura dual. Os parâmetros de solo, clima, cultura e irrigação foram utilizados como dados de entrada. Dois experimentos foram realizados em uma cobertura móvel composta por duas estruturas metálicas (16x10m) na cidade de Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brasil, nas safras 2010/11 (segunda safra, época 1) e 2011/12 (primeira safra, época 2), sob sistema de plantio direto. As simulações mostraram que todas as estratégias de manejo de irrigação usadas na época 2 resultaram em déficit hídrico, enquanto que apenas duas estratégias apresentaram déficit na época 1. Os resultados mostraram boa concordância entre os dados de água no solo observados e simulados, com um R2 variando de 0.86 a 0.99 e raiz quadrada do erro médio variando de 2,7 a 5,6% da água total disponível para as épocas 1 e 2, respectivamente. Os resultados observados do balanço hídrico mostraram que o milho cultivado na época 2 apresentou maior consumo de água em comparação com a época 1, devido à maior demanda atmosférica da época 2. O modelo SIMDualKc permitiu a partição da evapotranspiração da cultura em evaporação do solo e transpiração da cultura, demonstrando que o subperíodo de crescimento vegetativo apresentou as maiores diferenças entre as duas épocas em relação às demais fases de crescimento.

Susceptibility of common bean and soybean to water stress evaluated at the sitis phenotyping platform / Suscetibilidade do feijão-comum e da soja à deficiência hídrica avaliada na plataforma de fenotipagem sitis

The great challenge of breeding programs focused on tolerance to water stress is the precise, in large scale, and automated phenotyping. Therefore, the objective of this study was to assess whether the controlled conditions of SITIS Automated Phenotyping Platform and the protocol used are suitable for discriminating cultivars of common bean and soybean for tolerance to this stress. Two experiments were carried out in randomized block design, in a split plot scheme, with four replications. The main plots had five water regimes, applied after flowering: daily replacement of 100 (control), 80, 60, 40, and 20% of water evapotranspired in control. The subplots consisted of two common bean cultivars (BRS Pontal and BRS Pérola) in the 1st experiment, and two soybean cultivars (MG/BR 46 Conquista and BR- 16) in the 2nd one. In each species, the first cultivar is more tolerant to water stress, and the second one is more susceptible. It is possible to use the SITIS Platform and the proposed protocol to evaluate common bean and soybean cultivars for tolerance to water stress. The common bean cultivars evaluated were more sensitive to this stress than soybeans. The best water status of cultivars BRS Pontal and MG/BR 46 Conquista under water stress confirmed their greater tolerance.

O grande desafio dos programas de melhoramento com foco na tolerância à deficiência hídrica é a fenotipagem precisa, em larga escala e automatizada. Assim, objetivou-se avaliar se as condições controladas da Plataforma Automatizada de Fenotipagem SITIS e o protocolo utilizado são adequados para discriminar cultivares de feijão e soja quanto à tolerância a esse estresse. Foram conduzidos dois experimentos em blocos ao acaso, em parcelas subdivididas, com quatro repetições. Nas parcelas foram conduzidos cinco regimes hídricos, aplicados após a floração: reposição diária de 100 (controle), 80, 60, 40 e 20% da água evapotranspirada no controle. As subparcelas consistiram de duas cultivares de feijão (BRS Pontal e BRS Pérola), no 1º experimento, e duas de soja (MG/BR 46 Conquista e BR-16), no 2º. Em cada espécie, a primeira cultivar é mais tolerante à deficiência hídrica e a segunda é mais suscetível. É possível usar a Plataforma SITIS e o protocolo proposto para avaliar cultivares de feijão e soja quanto à tolerância à deficiência hídrica. As cultivares de feijão foram mais sensíveis a esse estresse do que as de soja. O melhor status hídrico das cultivares BRS Pontal e MG/BR 46 Conquista sob deficiência hídrica confirmou sua maior tolerância a esse estresse.

Spatial-temporal variation in litterfall in seasonally dry tropical forests in Northeastern Brazil

Abstract The production of litterfall is essential for nutrient cycling in terrestrial ecosystems. From November 2009 to October 2011, analyzed the monthly litterfall production in two areas of Caatinga, a type of Seasonally Dry Tropical Forest located in the Cariri Paraibano, in the semiarid region of the Paraíba, Northeastern Brazil. One of the areas, Private Natural Heritage Reserve (RPPN) Fazenda Almas, is legally protected, and the other, Fazenda Moreiras, does not. The aims were to evaluate the effects of precipitation, evapotranspiration and vegetation structure on the temporal and spatial dynamics of litterfall production. Eight sampling points were randomly chosen at each site, and two 1 m2 collectors were installed 50 m apart from each other. The collected material was sorted, dried and weighed. Additionally, the characteristics (density, species richness, height and mean basal area) of the tree-shrub stratum in plots with a 10 m radius surrounding each collector. Total litterfall production was 4,500 kg ha-1 yr-1 for Fazenda Almas and 3,300 kg ha-1 yr-1 for Fazenda Moreiras; these values were within the expected range for Seasonally Dry Tropical Forests. The inter- and intra-annual variation in litterfall production was positively correlated with precipitation and evapotranspiration rates, and four months after the highest precipitation rates, there was a marked decrease in litterfall occurred during the dry season. Furthermore, the contributions of the material fractions were distinct with the leaf fraction representing for more than 60% of the litterfall, and the vegetation structure explained 75% of the variation in litterfall production. Therefore, climatic factors and vegetation structure affect the temporal and spatial dynamics of litterfall production and consequently influence nutrient dynamics in the semiarid region of Brazil.

Resumo A produção de serapilheira é essencial para a ciclagem de nutrientes em ecossistemas terrestres. De Novembro de 2009 a Outubro de 2011, foi analisada a produção de serapilheira em duas áreas de Caatinga, um tipo de Floresta Tropical sazonalmente Seca localizada no Cariri Paraibano, na região do semiárido da Paraíba, Nordeste do Brasil. Uma das áreas, Reserva Particular do Patrimônio Natural - RPPN - Fazenda Almas, é legalmente protegida, ao contrário da outra, Fazenda Moreiras. Os objetivos foram avaliar o efeito da precipitação, evapotranspiração e estrutura da vegetação sobre a dinâmica temporal e espacial da produção de serapilheira. Oito pontos de amostragem foram escolhidos aleatoriamente em cada localidade, e dois coletores de 1 m2 foram instalados a 50 m um do outro. O material coletado foi triado, secado e pesado. Adicionalmente, foram registradas as características (densidade, riqueza de espécies, altura e área basal média) das espécies arbóreo-arbustivas na parcela com um raio (r) de 10 m ao redor de cada coletor. A produção total de serapilheira foi 4,500 Kg ha-1 yr-1 para a Fazenda Almas e 3,300 kg ha-1 yr-1 para a Fazenda Moreiras; estes valores estão dentro da faixa esperada para as Florestas Tropicais sazonalmente secas. A variação inter e intranual na produção de serapilheira foi positivamente correlacionada com as taxas de precipitação e evapotranspiração, e quatro meses depois das maiores taxas de precipitação, houve uma diminuição acentuada na serapilheira coletada durante a estação seca. Além disso, as contribuições das frações de material foram distintas com a fração de folha representando mais que 60% da serapilheira, e a estrutura da vegetação explicou 75% da variação na produção de serapilheira. Portanto, os fatores climáticos e a estrutura da vegetação afetam a dinâmica temporal e espacial da produção de serapilheira e, consequentemente, influenciam a dinâmica de nutrientes na região semiárida do Brasil.

Three decades of reference evapotranspiration estimates for a tropical watershed in the eastern Amazon

ABSTRACT This study estimated the reference evapotranspiration rate (ETo) for the Itacaiúnas River Watershed (IRW), Eastern Amazonia, and measured the accuracy of eight empirical equations: Penman-Monteith (PM), Priestley-Taylor (PT), Hargreaves and Samani (HS), Camargo (CAM), Thornthwaite (TH), Hamon (HM), Kharrufa (KF) and Turc (TC) using monthly data from 1980 to 2013. In addition, it verifies the regional applicability to the IRW using a for the Marabá-PA station. The methods TC and PM (FAO56) presented the best results, which demonstrate that radiation and higher temperatures are the dominant drivers in the Evapotranspiration process, while relative humidity and wind speed have a much smaller impact. The temporal and spatial variability of ETo for IRW show has strong seasonality, increasing during the dry season and decreasing during the rainy season. The statistical analyses at 1% level of significance, indicates that there is no correlation of the residuals between the dry and rainy seasons, and test of the physical parameters such as mean temperature, solar radiation and relative air humidity explains the variations of ETo.

La importancia del bosque en la recarga hídrica naturaldel acuífero noreste de la ciudad de Guatemala / The importance of the forest in the natural water recharge of the northeastern aquifer of Guatemala City

En la región volcánica con superficie boscosa la recarga hídrica es importante, y este trabajo pretende realizarun análisis sobre el cálculo de la recarga en estas áreas. La investigación fue ejecutada en la cuenca del río LosOcotes en la ciudad de Guatemala y cubre una superficie de 63.6 km2. En este trabajo se realizó un balance hídricodel suelo para estimar la recarga hídrica al acuífero. Existen un conjunto de procedimientos para estimar la distribución entre las entradas como lluvia y las salidas a través de la evapotranspiración, el escurrimiento superficial y la recarga subterránea. Durante los años 2009 y 2010, se hicieron registros meteorológicos y se definieron áreas con distinto uso de la tierra, lo cual se integró a un sistema de información geográfica (SIG) y se comparó con el mapa geomorfológico a escala 1:50,000 para elaborar el mapa de recarga de la cuenca con los datos calculados. Los sectores cultivados mostraron una menor infiltración y por lo tanto una menor recarga que en los sectores donde el bosque se encuentra en estado natural. La protección de las zonas de bosque como principal área de aporte a las reservas de agua subterránea, son fundamentales para los procesos de gestión y planificación territorial.

In the volcanic region with forest area hydric recharge is important, and paper presents an analysis of the rechargeevaluation applied to these areas. The research was conducted in Los Ocotes river basin in GuatemalaCity and extends over a surface of 63.6 km2. In this work, an hydric balance in the soil was realized for estimatedthe aquifer recharge. There is a set of procedures aimed at estimating the distribution between inputs or rain andoutputs through evapotranspiration, surface run of and groundwater recharge. In 2009 and 2010 were carried meteorological records and areas with different territorial occupation have been defined, this was integrated toGeographical Information System (GIS) and the geomorphic map was compared to 1:50,000 scale, for the rechargemap of the basin was drawn with the data estimate. The cultured sectors showed a smaller infiltration and therefore a smaller recharge than in the sectors where the wood is in its natural state. The protection of the areas of natural wood a main contributing area to the ground water reserves represents a fundamental aspect for the managementprocesses and territorial planning.

Crop Co-efficient Values of Sunflower for Different Growth Stages by Lysimeter Study.

The experiment was conducted on sunflower (variety BARI Surjomukhi-2) crop during the month of mid-November, 2014 to mid-March, 2015, in a lysimeter (dimension:1 m X 1 m X 1 m size) to measure crop evapotranspiration (ETc) and determine crop coefficient (kc) values at Irrigation and Water Management Division, Bangladesh Agricultural Research Institute, Gazipur. The study was examined by applying four irrigation at an interval of 10, 15, 20, and 25 days allowing drainage within and adjacent the tank. Results reveals that irrigation at 15 days interval produced the highest yield and was considered suitable for estimating ETc and kc. Seasonal total ETc was found as 270.89 mm. The kc values of sunflower under different ET0 methods for initial, development, mid-season and late season ranged from 0.34 to 0.48, 0.80 to 1.10, 1.06 to 1.55, and 0.27 to 0.36, respectively. Among different methods, P-M method gave relatively higher value than those of other methods and also FAO recommended value. Therefore, this information would be a helpful tool for crop water requirement and irrigation scheduling for similar semi-arid climates.

Will the Bagmati Basin’s Future Hydrological Change be linked with Global Climate Change Patterns.

The impact of climate change on society is one of the most serious challenges of this century. Observations have shown that the Earth’s hydrologic cycle has intensified during past century as the Earth’s temperatures have increased. Such change in hydrology will affect nearly every aspect of human well being, from agricultural productivity and energy use to flood control as well as municipal and industrial water supply. This study therefore, focuses on using climate projection data (precipitation and temperature) from an ensemble of 16 Global Climate Models (GCMs) and Thornthwaite Monthly Water Balance Model (TMWB) to assess changes in the basin hydrology in a high altitude mountainous Bagmati basin of Nepal. This region is considered as one of the most disaster (landslides and flood) prone basins in Hind-Kush-Himalaya due to the summer monsoon. The assessments were conducted for short (2020-2029), medium (2060-2069) and long (2090- 2099) terms relative to the base period of the 1990-1999 in high (A2), medium (A1B) and low (B1) emission scenarios. According to GCMs the basin is expected to witness higher temperatures from about 2ºC (B1) to 4.5ºC (A2) and receive higher precipitation from about 7% (B1) to 20% (A2) in 2099. The increased precipitation is primarily expected to occur during the monsoon season, suggesting a wetter monsoon. The results from TMWB modeling show generation of higher runoff, especially during the wet monsoon season, compared to 1990-1999. This implies that the basin will most likely become more vulnerable to floods and landslides during future monsoon seasons.

Valores críticos de densidade do solo avaliados por condições de contorno / Critical values of soil bulk density evaluated by boundary conditions

A associação irregular entre produção das culturas e densidade do solo (ρ) dificulta a aplicação da ρ para diagnóstico e manejo da compactação do solo. Com o objetivo de analisar esta problemática, este trabalho apresenta um procedimento matemático de simulação de limites de ρ por demanda hídrica e a dinâmica da resistência do solo à penetração (R) em função do tempo (t) de extração de água por evapotranspiração (E) da camada de solo ocupada pelo sistema radicular (L). Parâmetros de curvas de R e de retenção de água de um Latossolo foram utilizados nas simulações de ρ e R para diferentes condições de E, t e L. A ρ variou inversamente proporcional à E e t e diretamente proporcional à L. A equação para cálculo da ρ possibilitou, também, calcular a densidade crítica (ρc) obtida com o intervalo hídrico ótimo. Simulações para até seis dias de extração de água (t=6) de camadas de solo L com ρ igual à ρc para o solo deste estudo (1340kg m-3) indicam que a R máxima pode aumentar de 2 para 8 MPa, dependendo das condições de E (de 0,002 a 0,006m d-1) e L (de 0,2 a 0,6m). Baixos valores de R obtidos quando a E é pequena e L é grande caracterizam condições em que plantas podem produzir normalmente, mesmo que a ρ seja igual a ρc.

The irregular association between crop production and soil bulk density (ρ) weakens the application of ρ for diagnosis and management of soil compaction. With the aim of evaluating this problem, this study introduce a mathematical procedure to simulate limits of ρ for water demand and soil penetration resistance (R) dynamic as a function of the time (t) of water extraction by crop evapotranspiration (E) of the soil layer explored by plant roots (L). Parameters of both penetration resistance and water retention curves of an Oxisol were used in the simulations of ρ and R for different conditions of E, t and L. The ρ varied inversely proportional to E and t and directly proportional to L. The equation of ρ also allows calculating the critical bulk density (ρc) calculated with the least limit water range (LLWR). Simulations done for up to six days of water extraction (t=6) in soil layers L with ρc from the LLWR for the Oxisol (1340kg m-3) indicate that the maximum R may increase from 2 to 8MPa, depending upon the E (0.002 to 0.006m d-1 ) and L (0.2 to 0.6m) conditions. Low values of R obtained when the E is small and L is large characterize conditions for normal crops production even the ρ is equal to the ρc.

Determination of Water Requirements of Main crops in the Tank Irrigation Command area using CROPWAT 8.0.

A study was carried out to determine the water requirement of main crops in the perumal tank irrigation command area in Cuddalore district. The main crops include rice, groundnut, and sugarcane. The crop water requirements were determined using 15 year climatic data using CROPWAT 8.0. The seven crop growth stages (nursery,nursery/land preparation,land prepearation,initial,development,mid season,late season) and three decades (I,II,III) were considered for all crops. Crops were planted during 2012 kuruvai season and the crop coefficient was determined for each crop. Reference Crop Evapotranspiration (ETo) was determined using the FAO Penman Monteith method and the effective rainfall was calculated using USDA S.C. Method. The study shows that for the study area, reference evapotranspiration (ETo) varied from 3.67 to 6.42 mm/day and the effective rainfall varied from 12.8 to 166.8 mm. Crop evapotranspiration (ETo) and the crop water requirement for Rice varied from 0.74 mm/day to 6.23 mm/day and 0.0 mm/dec to 244 mm/dec, for groundnut 2.4 mm/day to 5.03 mm/day and 0.0 mm/dec to 29.2 mm/dec, for Rice (Navarai) 0.45 mm/day to 6.49 mm/day and 0.0 mm/dec to 152.5 mm/dec, for Groundnut (Navarai) 1.78 mm/day to 5.79 mm/day and 4.1 mm/dec to 54.8 mm/dec and for Sugarcane 2.07 mm/day to 6.57 mm/day and 0.0 mm/dec to 63.9 mm/dec respectively. The peak water requirement was 1.11 l/s/ha or 9.6 mm/day with an application efficiency of 70%.

Desenvolvimento de lisímetros de pesagem na cultura do café / Development weighing lysimeters for coffee culture

O conhecimento das necessidades hídricas do cafeeiro é fator preponderante para o uso racional da irrigação. Diante disso, objetivou-se com esse trabalho desenvolver lisímetros de pesagem para a cultura do café por meio de sua construção, montagem, automação e calibração. Para isso, foram construídos três lisímetros com formatos e dimensões diferentes, com capacidades volumétricas de 0,941; 2,565 e 6,444 m3 . Para obtenção das massas dos lisímetros foram utilizadas quatro células de carga, por cada equipamento. A drenagem dos lisímetros foi mensurada por um pluviômetro de báscula instalado na parte inferior dos mesmos. As informações das células de carga e dos pluviômetros foram armazenadas automaticamente por um datalogger instalado a 3 m dos lisímetros. As paredes externas e os poços de visita foram construídos em concreto armado. As mudas de café plantadas em cada equipamento, bem como as demais da área foram irrigadas e fertirrigadas por gotejamento. A metodologia empregada na construção, montagem, automação e calibração dos lisímetros de pesagem é tecnicamente adequada, obtendo-se coeficiente de determinação superior a 99,96% na equação de calibração e erro padrão inferior a 0,66 mm. O uso de pluviômetros de báscula em substituição dos tradicionais recipientes para armazenamento da água drenada pelos lisímetros foi adequado e confiável. O uso da fibra de vidro na construção das caixas dos lisímetros em substituição da chapa de aço-carbono é viável.

Knowledge of water demand in coffee is a key factor for the rational use of irrigation. Therefore, this study evaluated the construction, assembly, automation and calibration of weighing lysimeters to determine the water demand of coffee plantations. Three lysimeters were built with different formats and dimensions, with volume capacities of 0.941, 2.565 and 6.444 m3 . The masses of the lysimeters were measured with four load cells per equipment. Drainage of the lysimeters was measured by tipping bucket rain gauges installed under each lysimeter. Readings of the load cells and of the tipping bucket gauges were automatically stored in a datalogger installed to 3 m the lysimeters. The external walls and the checking wells were made of concrete. The coffee seedlings planted in each equipment, as well as all others of plantations, were drip irrigated and ferti-irrigated. It can be concluded that the methodology used for construction, automation and calibration of the weighing lysimeters was technically adequate, with determination coefficient above 99.96% for the calibration equation and standard error below 0.66 mm. The use of tipping bucket gauges instead of the usual recipients for storage of drainage of water drained by the lysimeters was adequate and reliable. The use of glass fiber for the inner walls of the lysimeters instead of the steel sheets was a viable option.

Rendimento do suco e qualidade química do abacaxi sob lâminas e frequências de irrigação / Yield of pineapple juice and chemical quality in irrigation frequency and blades

A cultura do abacaxi apresenta uma demanda permanente por água, variável e dependente de seu estádio de desenvolvimento, que pode afetar a produção e a qualidade do fruto. Neste estudo objetivou-se avaliar a qualidade química dos frutos do abacaxi Smooth cayenne submetido a diferentes níveis e frequências de reposição de água no solo. Utilizou-se delineamento em blocos casualizados num esquema fatorial 4 x 2, constituído por quatro níveis de reposição de água no solo (50%, 75%, 100% e 125% da evapotranspiração da cultura) e duas frequências de irrigação (1 e 3 dias), com quatro repetições. Avaliou-se os parâmetros: rendimento de suco (RS), potencial hidrogeniônico (pH), sólidos solúveis totais (SST), acidez total titulável (ATT), relação SST/ATT, ácido ascórbico (AA). Observou-se que as lâminas e frequências de irrigação não influenciaram o rendimento de suco (RS) e ácido ascórbico (AA); o aumento das laminas de irrigação influenciou positivamente a qualidade do fruto, pois aumenta os valores de sólidos solúveis totais (SST), diminui a acidez titulável (ATT), eleva a relação SST/ATT e o potencial hidrogeniônico de suco (pH).

The pineapple crop has a permanent demand for water, variable and dependent on their stage of development, which may affect the production and fruit quality. This study aimed to evaluate the chemical quality of fruits Smooth cayenne pineapple submitted to different levels and frequency of water replacement in the soil. We used a randomized block design in a 4 x 2 factorial arrangement, consisting of four levels of soil water replenishment (50%, 75%, 100% and 125% of crop evapotranspiration) and two irrigation frequencies (1 and 3 days) with four replications. We evaluated the parameters: juice yield (RS), hydrogen potential (pH), total soluble solids (SST), titratable acidity (ATT), SST/ATT relationship, ascorbic acid (AA). It was observed that the blades and irrigation frequencies did not affect the juice yield (RS) and ascorbic acid (AA), the increase of the blades irrigation influenced positively the quality of the fruit as it increases the values of total soluble solids (SST) decreases the acidity (ATT), raises the relationship SST/ATT and hydrogen potential (pH).