ABSTRACT Electromagnetic sensors are widely used to monitor soil water content (θ); however, site-specific calibrations are necessary for accurate measurements. This study compares regression models used for calibration of soil moisture sensors and investigates the relation between soil attributes and the adjusted parameters of the specific calibration equations. Undisturbed soil samples were collected in the A and B horizons of two Ultisols and two Inceptisols from the Mantiqueira Range in Southeastern Brazil. After saturation, the Theta Probe ML2X was used to obtain the soil dielectric constant (ε). Several readings were made, ranging from saturation to oven-dry. After each reading, the samples were weighted to calculate θ (m3 m–3). Fourteen regression models (linear, linearized, and nonlinear) were adjusted to the calibration data and checked for their residue distribution. Only the exponential model with three parameters met the regression assumptions regarding residue distribution. The stepwise regression was used to obtain multiple linear equations to estimate the adjusted parameters of the calibration model from soil attributes, with silt and clay contents providing the best relations. Both the specific and the general calibrations performed well, with RMSE values of 0.02 and 0.03 m3 m–3, respectively. Manufacturer calibration and equations from the literature were much less accurate, reinforcing the need to develop specific calibrations.

ABSTRACT Hydro-sedimentological models might be useful tools for investigating the effectiveness of soil and water conservation practices. However, evaluating the usefulness of such models requires that predictions are tested against observational data and that uncertainty from model parameterization is addressed. Here we aimed to evaluate the capacity of the SWAT model to simulate monthly streamflow and sediment load in the Posses creek catchment (12 km2), Southeast Brazil. The SUFI-2 algorithm from SWAT-CUP was applied for calibration, testing, uncertainty, and sensitivity analysis. The model was calibrated and initially tested using discharge and sediment load data, which were measured at the catchment outlet. Additionally, we used soil loss measurements from erosion plots within the catchment as independent data for model evaluation. Average monthly streamflow simulations obtained satisfactory results, with Nash-Sutcliffe coefficient (NSE) values of 0.75 and 0.51 for the calibration and testing periods, respectively. Sediment load simulations also displayed satisfactory results for calibration (NSE = 0.65) and testing (NSE = 0.52). However, the comparison with independent plot data revealed that SWAT severely overestimated hillslope erosion rates and compensated it with high sediment channel deposition. Moreover, the model was not sensitive to the parameters used for calculating hillslope sediment yields. Therefore, it should be used with caution for evaluating the interactions between land use, soil erosion, and sediment delivery. We found that the commonly used outlet-based approach for model calibration and testing can lead to internal misrepresentations, and models can reproduce the right answer for the wrong reasons.

RESUMO O monitoramento da erosão hídrica e o conhecimento dos fatores que causam perdas de solo e água são essenciais para o planejamento conservacionista do solo. Objetivou-se com esse trabalho avaliar as perdas de solo e água por erosão hídrica, sob chuva natural, em plantios de eucalipto estabelecidos em 2001 (FE2) e 2004 (FE1), floresta nativa (FN) e solo descoberto (SD), no período de 2007 a 2012; e determinar os fatores da USLE: erosividade da chuva (R), erodibilidade (K) de um Argissolo Vermelho e o fator cobertura vegetal (C) para FE1, FE2 e FN, em sub-bacia hidrográfica piloto, em Eldorado do Sul, RS. O fator R foi estimado pelo índice EI30, a partir de dados pluviométricos obtidos em estação climatológica instalada na sub-bacia. As perdas de solo e água foram monitoradas em parcelas experimentais, fornecendo dados consistentes para a estimativa dos fatores K e C. A sub-bacia apresentou uma erosividade média de 4.228.52 MJ mm ha-1 h-1 ano-1. As perdas médias anuais de solo em FE1 e FE2 (0.81 e 0.12 Mg ha-1 ano-1, respectivamente) foram muito abaixo do limite de tolerância 12,9 Mg ha-1 ano-1. Os valores percentuais de perdas de água relativos à precipitação pluvial total decresceram anualmente, aproximando-se dos valores observados em FN. A partir do 5º ano após implantação dos sistemas de eucalipto o comportamento dos mesmos foi semelhante ao da FN, no tocante à erosão hídrica. A erodibilidade do ArgissoloVermelho foi de 0,0026 Mg ha h ha-1 MJ-1 mm-1 e o fator C apresentou valores de 0,121, 0,016 e 0,015 para FE1, FE2 e FN, respectivamente.

ABSTRACT Monitoring water erosion and the factors that control soil and water loss are essential for soil conservation planning. The objective of this study was to evaluate soil and water losses by water erosion under natural rainfall in eucalyptus plantations established in 2001 (EF2), and 2004 (EF1), native forest (NF) and bare soil (BS), during the period of 2007 to 2012; and to determine the USLE factors: rain erosivity (R), erodibility (K) of a Red Argisol and the cover-management factor (C) for EF1, EF2 and NF at a pilot sub-basin, in Eldorado do Sul, RS, Brazil. The R factor was estimated by the EI30 index, using rainfall data from a gauging station located at the sub-basin. The soil and water losses were monitored in erosion plots, providing consistent data for the estimation of the K and C factors. The sub-basin presented an average erosivity of 4,228.52 MJ mm ha-1 h-1 yr-1. The average annual soil losses em EF1 and EF2 (0.81 e 0.12 Mg ha-1 year-1, respectively) were below of the limit of tolerance, 12.9 Mg ha-1 year-1. The percentage values of water loss relating to the total rainfall decreased annually, approaching the values observed at the NF. From the 5th year on after the implantation of the eucalyptus systems, soil losses values were similar to the ones from NF. The erodibility of the Red Argisol was of 0.0026 Mg ha h ha-1 MJ-1mm-1 and the C factor presented values of 0.121, 0.016 and 0.015 for EF1, EF2 and NF, respectively.

Turfeiras são pedoambientes acumuladores de água e carbono orgânico e funcionam como registros de mudanças paleoambientais. A variabilidade da constituição do material orgânico está refletida em seus atributos morfológicos, físicos e químicos. Este trabalho objetivou caracterizar morfológica, física e quimicamente turfeiras das cabeceiras do rio Araçuaí em diferentes estádios de conservação. Dois testemunhos de turfeiras de fitofisionomia diferentes (Campo Limpo Úmido e Floresta Estacional Semidecidual) da cabeceira do rio Preto (conservada) e do córrego Cachoeira dos Borges (antropizada), ambos afluentes do rio Araçuaí, foram amostrados em camadas de 15 cm, onde foram realizadas análises morfológicas, físicas e químicas. Em três amostras de cada testemunho, foram datados por 14C, determinados os valores de δ13C e estimadas as taxas de crescimento vertical e de acúmulo de carbono orgânico. Foram construídos dendrogramas para cada turfeira por meio de agrupamento hierárquico das camadas semelhantes para 34 parâmetros. As turfeiras das cabeceiras do rio Araçuaí apresentaram predominância de material orgânico em estágio avançado de decomposição e seus solos são classificados como Organossolos Háplicos sápricos típicos. A matéria orgânica dos Organossolos das turfeiras das cabeceiras do rio Araçuaí evidenciou marcante diferença em relação à sua composição morfológica, física e química, sendo influenciada pela fitofisionomia que a coloniza. A turfeira da cabeceira do córrego Cachoeira dos Borges demonstrou estádio de degradação mais avançado em relação à turfeira do rio Preto, o que evidencia a premente necessidade de proteção desses pedoambientes.

Peatlands are soil environments that accumulate water and organic carbon and function as records of paleo-environmental changes. The variability in the composition of organic matter is reflected in their morphological, physical, and chemical properties. The aim of this study was to characterize these properties in peatlands from the headwaters of the Rio Araçuaí (Araçuaí River) in different stages of preservation. Two cores from peatlands with different vegetation types (moist grassland and semideciduous seasonal forest) from the Rio Preto [Preto River] headwaters (conservation area) and the Córrego Cachoeira dos Borges [Cachoeira dos Borges stream] (disturbed area) were sampled. Both are tributaries of the Rio Araçuaí. Samples were taken from layers of 15 cm, and morphological, physical, and chemical analyses were performed. The 14C age and δ13C values were determined in three samples from each core and the vertical growth and organic carbon accumulation rates were estimated. Dendrograms were constructed for each peatland by hierarchical clustering of similar layers with data from 34 parameters. The headwater peatlands of the Rio Araçuaí have a predominance of organic material in an advanced stage of decomposition and their soils are classified as Typic Haplosaprists. The organic matter in the Histosols of the peatlands of the headwaters of the Rio Araçuaí shows marked differences with respect to its morphological, physical, and chemical composition, as it is influenced by the type of vegetation that colonizes it. The peat from the headwaters of the Córrego Cachoeira dos Borges is in a more advanced stage of degradation than the peat from the Rio Preto, which highlights the urgent need for protection of these ecosystems/soil environments.

A matéria orgânica do solo (MOS) é um dos grandes reservatórios de carbono (C) da Terra e constitui um dos principais componentes do ciclo do C. Turfeiras, ambientes acumuladores de MOS, são produto da decomposição de vegetais, que se desenvolvem e se acumulam em ambientes saturados com água, sendo o estádio inicial da sequência de carbonificação. A fitomassa participa de forma marcante no ciclo global do C, armazenando em torno de 85 % de todo o C terrestre acima do solo. O tecido vegetal é composto principalmente por lignina, celulose e hemicelulose, constituindo até 85 % da biomassa seca. As plantas discriminam C de forma diferenciada, em razão de seu ciclo fotossintético (C3, C4 e CAM). As turfeiras da Serra do Espinhaço Meridional (SdEM-MG) são colonizadas por vegetação de Campo Limpo Úmido (CLU) e de Floresta Estacional Semidecidual (FES), onde ocorrem espécies dos ciclos fotossintéticos C3 e C4. Este trabalho objetivou avaliar a contribuição dessas duas fitofisionomias para o acúmulo de MOS, por meio da avaliação da fitomassa e da composição lignocelulósica e isotópica da vegetação e da MOS. A turfeira estudada localiza-se na SdEM e ocupa 81,75 ha. Para a estimativa da fitomassa do CLU e da FES, foram marcadas três parcelas de 0,5 x 0,5 m em cada fitofisionomia, onde todos os indivíduos da parcela foram cortados e armazenados. Para as análises isotópicas e lignocelulósicas da vegetação, identificaram-se as espécies dominantes em cada fitofisionomia. Amostras de solo foram coletadas em três locais representativos sob cada fitofisionomia, a cada 5 cm de profundidade, até 50 cm. Foram extraídas a celulose e a lignina das folhas das 15 espécies dominantes e das 60 amostras de turfeira para quantificação e determinação dos valores de δ13C e δ15N. Para datação da MOS, o 14C foi determinado em três profundidades, sob o CLU e a FES. A produção da fitomassa da FES foi muito superior à produção da do CLU. Os sinais isotópicos e a composição lignocelulósica da vegetação e da matéria orgânica do solo evidenciaram que a turfeira foi formada pela deposição de matéria orgânica da vegetação que a coloniza. O crescimento vertical e a taxa de acúmulo de C foram muito mais elevados sob a FES do que sob o CLU.

Soil organic matter (SOM) is one of the major reservoirs of carbon on Earth and is one of the key contributors to the carbon cycle. Peatlands are natural accumulators of organic matter commonly derived from decomposing plant residues in water-saturated environments, and represent an initial stage of a much longer pedogenic pathway leading to carbonification. The soil biomass markedly influences the global carbon cycle, accounting for approximately 85 % of all carbon on the Earth's surface. Plant tissues are mainly composed of lignin, cellulose and hemicelluloses, representing as much as 85 % of their dry biomass. Plants usually discriminate carbon differentially, according to their photosynthetic cycle (C3, C4 and CAM). The vegetation of the bogs in the southern domain of Serra do Espinhaço (SdEM; Brazil) consists mostly of moist grassland (CLU) and semideciduous forest (FES), with species of both C3 and C4 cycles. This study was designed to discriminate the contribution of these two vegetation types to the accumulation of soil organic matter by an analysis of the biomass and of the lignocellulosic and carbon isotopic composition and SOM. The studied peat is located in SdEM and covers an area of 81.75ha. Three 0.5x0.5m plots were marked per vegetation type, to delimit the sampling areas, for which biomass of CLU and FES were estimated. All plants per plot were cut and adequately stored to preserve as much of their fresh characteristics as possible. To characterize the isotopic and lignocellulosic composition of the vegetation, the species of each vegetation type were systematically identified according to their main botanic characteristics. Soil samples were collected at three representative sites under each vegetation type, at intervals of 5 cm, down to a depth of 50 cm. Cellulose and lignin were extracted from leaves of 15 dominant species and 60 peat samples, to quantify and determine the values of δ13C and δ15N. The 14C was determined at three depths under CLU and FES. The biomass production under FES was much higher than the biomass production under CLU. The isotopic signals and lignocellulosic composition of the vegetation and SOM confirmed that this peat was originated by the deposition of organic matter from the colonizing vegetation. The vertical growth and the carbon storage rates are much higher under FES than under CLU.

Grande parte da matéria orgânica de Organossolos das turfeiras é composta por substâncias húmicas, formadas pela transformação de resíduos orgânicos pelos microrganismos do solo e pela polimerização dos compostos orgânicos em macromoléculas resistentes à degradação biológica. Os processos de humificação da matéria orgânica do solo (MOS) ainda são pouco compreendidos e o conhecimento sobre os precursores das substâncias húmicas é limitado, sendo apresentadas rotas diferentes para a formação dessas substâncias. Contudo, em todas as rotas, destaca-se a participação da lignina. Isótopos estáveis (13C, 15N) podem ser utilizados para rastrear processos de humificação da MOS, por meio da identificação de seus precursores. Este trabalho teve como objetivo avaliar comparativamente a composição isotópica da vegetação das fitofisionomias que colonizam uma turfeira tropical de altitude composta de Campo Limpo Úmido (CLU) e de Floresta Estacional Semidecidual (FES), em relação à composição isotópica das substâncias húmicas da MOS. A turfeira estudada ocupa 81,75 ha. Para as análises isotópicas e lignocelulósicas da vegetação, foram identificadas as espécies dominantes em cada fitofisionomia. Amostras de solo foram coletadas em três locais representativos sob cada fitofisionomia, a cada 5 cm de profundidade, até 50 cm. As substâncias húmicas dessas amostras foram fracionadas, assim como calculados os valores de δ13C e δ15N nas frações húmicas, respectivamente a partir da determinação dos isótopos estáveis 12C e 13C e 14N e 15N. Os teores de lignina e seus valores de δ13C são mais elevados na vegetação e MOS sob FES em relação à vegetação e MOS sob CLU. Os teores de humina são mais elevados entre as substâncias húmicas na MOS, sob as duas fitofisionomias; os de ácidos húmicos são mais elevados na MOS sob CLU, em relação à FES; e os de ácidos fúlvicos são mais elevados na MOS sob a FES, em relação ao CLU. O δ13C da lignina apresenta similaridade elevada em relação ao δ13C da humina, dos ácidos húmicos e dos ácidos fúlvicos. As variações na composição lignocelulósica das espécies que colonizam o CLU e a FES promovem diferenças nas taxas e nos produtos da humificação da MOS.

Much of the organic matter of a typical peat consists of humic substances, mainly formed via humification of organic residues, decomposed by soil microorganisms, and by the polymerization of organic compounds to functional macromolecules, which are normally more resistant to degradation. The fundamental pathways governing the humification of soil organic matter (SOM) are not well understood so far, and most available data about the identified chemical precursors of humic substances and the main chemical routes by which they are transformed in the peat environment are still poorly understood. What is clear is that all routes involve lignin as a chemical intermediate. Stable isotopes (δ13C, δ15N) can be used to trace humification processes of the soil organic matter (SOM), by identifying their precursors. The purpose of this study was to compare the isotopic composition of vegetation materials from the two bog vegetation types that colonize a tropical highland peatland: moist grassland (CLU) and semideciduous forest (FES), based on the isotopic composition of humic substances of SOM. The whole area of the studied peatland occupies 81.75 ha. To identify the isotopic and lignocellulosic vegetation composition, materials of the dominant species of each vegetation type were sampled. Soil samples were collected from three representative sites per vegetation type, at intervals of 5 cm from the surface down to a depth of 50 cm. The humic substances were isolated from these samples; signals of δ13C and δ15N were determined for the humic fractions. The lignin and and δ13C values were higher in vegetation and SOM under FES than in SOM under CLU. Humin contents were high in SOM under both vegetation types; the levels of humic acids were higher in SOM under CLU than in FES; fulvic acid contents were higher in SOM under FES than CLU. The 13C values for lignin were highly similar to those for humic acids and fulvic acids. Variations in the lignocellulosic composition of the species that colonize the CLU and FES promote different rates and SOM humification products.