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Title in Portuguese: Relações solo-planta-atmosfera em caatinga preservada: o caso da bacia experimental de aiuaba
Title: Relationships solo-plant-atmosphere in preserved caatinga: case of the experimental basin of aiuaba
Author: Almeida, Cícero Lima de
Advisor(s): Araújo, José Carlos de
Keywords: Índice de área foliar
Índice de vegetação espectral
Condutividade hidráulica saturada
Sistema radicular
Sensoriamento remoto
Issue Date: 2016
Citation: ALMEIDA, Cícero Lima de. Relações solo-planta-atmosfera em caatinga preservada: o caso da bacia experimental de aiuaba. 2016. 128 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016.
Abstract in Portuguese: O balanço hidrológico de uma bacia hidrográfica é influenciado por diversos fatores que atuam de forma direta ou indireta. Entre os fatores o sistema radicular tem influência sobre a infiltração e o escoamento superficial, no entanto seu estudo é complexo e laborioso. Diante disso, o estudo tem por objetivo principal avaliar a influência da dinâmica radicular sobre as propriedades hidráulicas do solo e associá-las com o índice de área foliar da vegetação (IAF). A partir de uma eventual relação dessa natureza, será possível monitorar as mudanças temporais e espaciais nas propriedades hidráulicas do solo por meio de índices de vegetação espectrais (IVEs). O estudo foi desenvolvido na Bacia Experimental de Aiuaba (BEA), área de Caatinga arbustiva arbórea preservada (12 km²), onde há três associações de solo-vegetação (ASV). Para se chegar ao objetivo, o estudo foi dividido em três partes. Inicialmente avaliaram-se as principais características do sistema radicular e seu efeito sobre a condutividade hidráulica saturada do solo, a densidade do solo e a porosidade total para as estações úmida e seca durante um ano hidrológico. A segunda parte investigou o índice de área foliar e sua correlação com variáveis ambientais (precipitação, evapotranspiração e umidade do solo) e com os índices de vegetação espectrais durante dois anos (2014 – 2015). Ao final, buscou-se compreender a relação entre as variáveis do solo com as de superfície, com o objetivo de se monitorar as alterações nos parâmetros hídricos do solo (condutividade hidráulica saturada, porosidade e variáveis do sistema radicular) com o índice de área foliar, bem como com os índices de vegetação espectrais. A investigação realizada indicou que o comprimento radicular específico da Caatinga reduz-se na estação seca em relação à estação chuvosa. O índice de área foliar na Caatinga arbustiva arbórea preservada apresentou valor médio de 3,7 m² m-²; variando de zero a 4,7 m² m-²; e sua taxa de decaimento temporal foi a mesma (-0,021 m² m-² dia-¹) para a estação seca nos dois anos de estudo. O IAF correlacionou-se positivamente com todas as variáveis ambientais analisadas, particularmente com a umidade média do solo dos 45 dias antecedentes. Todos os IVEs apresentaram boa relação com IAF, principalmente NDVI. Portanto, o IAF pode ser monitorado pelas variáveis ambientais consideradas nesta tese; e sua variabilidade espacial pode ser monitorada por meio dos IVEs. A dinâmica sazonal da parte aérea das plantas está associada diretamente à dinâmica do sistema radicular. Portanto, o IAF pode ser usado para avaliar o estado das raízes. Na estação seca, a permeabilidade do solo é maior que na estação úmida, o que reforça a hipótese de que haja formação de macroporos no estio. Os macroporos contribuem com o aumento da disponibilidade hídrica na zona radicular durante o período seco. Essa observação está de acordo com o fato – observado in situ – de a vegetação se manter em dormência mesmo quando a umidade na profundidade efetiva das raízes é praticamente igual à umidade residual durante metade do ano
Abstract: The hydrological balance of a basin is (directly or indirectly) influenced by several factors. The root-system is a factor that has influence over infiltration and surface runoff. However, those interactions are complex and notoriously difficult to observe. Therefore, the objective of this study is to evaluate the influence of root system dynamics on the soil hydraulic properties and associate them with the leaf area index (LAI). Tracing such a connection will make possible to monitor the spatial-temporal changes in the soil hydraulic properties by means of Spectral Vegetation Indexes (SVIs). This study was developed at the Aiuaba Experimental Basin (BEA), a 12 km2 area of preserved arboreal shrub Caatinga, where there are three soil-vegetation associations (SVA). The study was divided into three stages. First, we assessed the main characteristics of the root system and its effect on the saturated hydraulic conductivity of the soil, soil density and total porosity for wet and dry seasons during a hydrological year. In the second part of the research, we investigated the Leaf Area Index (LAI) of the Caatinga vegetation and its correlation with environmental variables (precipitation, evapotranspiration, soil moisture) and spectral vegetation indexes for two years (2014-2015). In the third stage, we studied the connection between soil variables and surface variables, with the objective of monitoring changes in hydrological soil parameters (saturated hydraulic conductivity, porosity and root system variables) with the LAI, as well as with the Spectral Vegetation Indexes. The performed research indicated that the specific root length in the Caatinga is reduced in the dry season relatively to the rainy season. The LAI in the preserved arboreal shrub Caatinga had an average value of 3.7 m² m-2; ranging from zero to 4.7 m² m-2; and its temporal decay rate was the same (-0.021 m² m-2 day-1) in the dry season on the two years of the study. The LAI correlated positively with all environmental variables analyzed, particularly with the average soil moisture of the previous 45 days. All SVI showed a strong correlation to LAI, mainly NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). Therefore, the LAI can be monitored by the environmental variables considered in this Thesis; and its spatial variability can be monitored through SVIs. The seasonal dynamics of the plant stem are associated directly to the root system dynamics. Consequently, the LAI can be used to assess the dynamic root status in the Caatinga biome. In the dry season, the soil permeability is higher than in the wet season, which supports the hypothesis that there is macropore formation during the dry season. The macropores contribute to the increase of water availability in the root zone during this period of the year. This observation agrees with the fact – observed in situ – of the vegetation remaining dormant even with soil moisture at the effective root depth being practically equal to residual moisture during half the year
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/21751
metadata.dc.type: Tese
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