ABSTRACT Soil respiration represents the largest flux of CO2 emission from terrestrial ecosystems, being affected by land-use changes and soil properties. There are few studies investigating the response of soil respiration to land-use changes in the Caatinga biome. This study aimed to measure soil respiration from Caatinga vegetation and degraded pasture, to verify the effect of land-use changes on soil respiration. Measurements of soil respiration were performed using the infrared gas analyzer method over nine months (in rainy and dry seasons), in Caatinga and degraded pasture in the semi-arid region of Pernambuco. The soil moisture, soil temperature, soil organic carbon (SOC), Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), and climatic variables were also measured. Soil organic carbon and NDVI were higher in Caatinga than in degraded pasture, while the inverse occurred with soil temperature. The soil respiration showed a clear seasonal variation, with the highest values occurring in the wet season, being positively correlated with soil moisture and negatively with soil temperature. Soil respiration was significantly higher in the Caatinga (8.0 ton ha-1 yr-1 of C) than in degraded pasture (3.7 ton ha-1 yr-1 of C). These higher values of soil respiration in Caatinga were due to lower soil temperature and higher SOC, and can be seen as indicators of good environmental quality.

ABSTRACT. In this work, lacunarity analysis is performed on soil pores segmented by the pure voxel extraction method from soil tomography images. The conversion of forest to sugarcane plantation was found to result in higher sugarcane soil pore lacunarity than that of native forest soil, while the porosity was found to be lower. More precisely, this study shows that native forest has more porous soil with a more uniform spatial distribution of pores, while sugarcane soil has lower porosity and a more heterogeneous pore distribution. Moreover, validation through multivariate statistics demonstrates that lacunarity can be considered a relevant index of clustering and can explain the variability among soils under different land use systems. While porosity by itself represents a fundamental concept for quantification of the impact of land use change, the current findings demonstrate that the spatial distribution of pores also plays an important role and that pore lacunarity can be adopted as a complementary tool in studies directed at quantifying the effect of human intervention on soils.

RESUMO Nas regiões semi-áridas, as altas taxas de evaporação interferem na disponibilidade de água no solo. Normalmente, é difícil medir e modelar a evaporação devido à complexidade dos métodos disponíveis, ao baixo teor de umidade do solo e à baixa concentração de vapor de água no ar. Isso também pode dificultar o monitoramento e a simulação da evapotranspiração nessas regiões. Assim, o método da Câmara Portátil (CP) é utilizado para medir diretamente a evaporação e a evapotranspiração em tempo real e em curtos intervalos de tempo, dando uma estimativa mais detalhada desses processos. O objetivo deste estudo foi avaliar a evaporação através da transferência de massa no solo numa barragem subterrânea sob diferentes profundidades e condições do lençol freático do ambiente semiárido do Estado de Pernambuco, nordeste do Brasil, através dos valores preditos pelo modelo SiSPAT e medidos pelo método de câmara portátil. Para o propósito da modelagem e também para conhecer melhor o comportamento do solo, as propriedades hidráulicas do solo foram determinadas pelo método de Beerkan. O método da Câmara Portátil apresentou resultados consistentes com o potencial de evaporação do solo nu no semiárido pernambucano/ Nordeste do Brasil, atingindo cerca de 1.800 mm por ano. O modelo SiSPAT foi bastante satisfatório para a simulação da evaporação do solo em diferentes condições da profundidade do lençol freático. Os valores encontrados para a evaporação do solo com a simulação do método SiSPAT e da Câmara Portátil (CP) diferiram em 1,43% e 4,44% para os casos em que o lençol freático estava em 0,20 e 1,20m de profundidade, respectivamente.

ABSTRACT In semi-arid regions, there is a high evaporation, which leads to soil dryness, interfering in the availability of water in the soil. Usually it is difficult to measure and model the evaporation due to the complexity of the available methods, the low soil water content and the low concentration of water vapor in the air. This can also make it difficult to monitor and simulate the evapotranspiration in these regions. Thus, the Portable Chamber method is used to directly measure evaporation and evapotranspiration, because this technique allows real time estimation and in short time intervals, giving a more detailed estimation of those processes. The objective of this study was to evaluate the evaporation through the mass transfer in the soil in an underground dam under different water table depths and conditions of the semi-arid environment of Pernambuco State in Brazil, through the values predicted by the SiSPAT model and measured by the portable chamber method. For the purposing of modeling and also to better know the soil behavior, soil hydraulic properties were determined though the Beerkan method. The portable chamber method was applied for one of the first times in a semi-arid region of Northeastern Brazil, and it was consistent with the potential evaporation of bare soil, reaching about 1,800 mm per year. The SiSPAT model was quite satisfactory for simulation of soil evaporation in different conditions of the water table depth. The values found for soil evaporation with the simulation of the SiSPAT and the Portable Chamber (PC) method differed in 1.43% and 4.44% for cases where the water table was at 0.20 and 1.20m of depth, respectively.

Resumo Este trabalho apresenta um projeto experimental de uma trincheira de infiltração instalada na cidade de Recife, PE, nos primeiros meses de vida útil. Foram avaliadas as funções de armazenamento de água no interior do sistema e a função de infiltração, observando-se o processo de recessão. Em razão dos consequentes eventos de precipitação, a trincheira foi muito solicitada, não tendo suprido, em alguns casos, o grande volume de entrada, o que gerou extravasamento na estrutura. Uma análise de custo foi implementada e avaliaram-se o desempenho e o custo de construção para os tempos de retorno (2, 5, 10 e 25 anos) e durações de chuva de projeto (10, 15, 60 e 120 min). Essa análise revelou que houve subdimensionamento da camada de armazenamento. Apesar disso, a trincheira de infiltração apresentou resultados positivos, com a capacidade de infiltrar no mínimo 63,57% dos volumes de entrada, ou seja, trata-se de uma técnica compensatória no manejo das águas pluviais urbanas.

Abstract The aim of this paper is to present an experimental project of an installed infiltration trench in Recife/PE in the first months of life. Storage functions within the system were evaluated through the monitoring of the water levels and infiltration function, watching for the downward movement behavior level, recession. Because of the consequent events of precipitation, the trench was very requested, not having supplied, in some cases, the large volume of entry, which generated a leakage in the structure. A cost analysis was implemented and evaluated the performance and the cost of construction for the return times (2, 5, 10 and 25 years) and project rainfall durations (10, 15, 60 and 120 min). Despite the storage layer was undersizing, the infiltration trench showed positive results, and found a minimum capacity of infiltrating 63.57% of the input volumes, presenting itself as a compensatory technique in the management of urban rainwater.

Uma abordagem sustentável da drenagem urbana em ambientes construídos precisa integrar todo o sistema de águas urbanas. Uma das formas de se conseguir isso é melhorando a infiltração no próprio lote com a utilização de jardins de chuva, técnica do tipo controle na fonte, baseada no conceito de biorretenção e compensação das áreas impermeáveis. Este trabalho apresenta um estudo experimental de um jardim de chuva, em Recife, avaliando as funções de retenção, armazenamento e infiltração da água de chuva proveniente de um telhado. Devido à elevada taxa de infiltração na superfície (312,0 mm/h), as águas rapidamente se infiltram na estrutura. Os modelos introduzidos por Horton e Mezencev foram utilizados para representar as características de infiltração do solo natural e da primeira camada do jardim de chuva, tendo apresentado resultados satisfatórios. Uma análise de custo foi implementada, e avaliaram-se o desempenho e o custo de construção para diversos tempos de retorno (2, 5, 10 e 25 anos) e durações (de 10 min a 120 min). Durante o período de monitoramento não foi observado extravasamento na estrutura. O jardim de chuva piloto apresentou resultados satisfatórios, mostrando-se uma técnica aplicável para o manejo das águas pluviais urbanas.

A sustainable approach to urban stormwater drainage must integratethe entire urban drainage system. One way to achieve this is to maximize infiltration rates on the land lot by using rain gardens, which are a compensatory technique based on bioretention and waterproof areas compensation. This paper presents an experimental rain garden study, implemented in Recife, Brazil, evaluating the retention, storage and infiltration of the rainwater collected from the roof. Due to the high infiltration rates on the surface (312,0 mm/h), the waters quickly infiltrate into the structure. The models introduced by Horton and Mezencev were used to simulate the infiltration characteristics of the natural soil and those of the first layer of the rain garden, yielding satisfactory results. A financial cost analysis was carried out in order to estimate installation costs for recurrence times of 2, 5, 10 and 25 years, and rain durations of 10 min to 120 min. During the monitoring period,no overflow was observed. The pilot rain garden presented good results and proved to be a suitable technique for stormwater management.

O presente estudo avaliou o desempenho ecofisiológico das espécies Zea mays (milho), Sorghum bicolor (sorgo) e Brachiaria decumbens (braquiária) sob condições de déficit hídrico em casa de vegetação. O potencial hídrico foliar, trocas gasosas, fluorescência da clorofila a e variáveis bioquímicas do metabolismo fotossintético foram avaliados no máximo estresse e na reidratação. Aos 90 dias após a emergência e sob 21 dias com suspensão da irrigação o milho apresentou a maior redução do potencial hídrico (248%), condutância estomática (87%) e fotossíntese (53%) quando comparado às plantas bem hidratadas. O sorgo apresentou redução de 212%, 42% e 26%, enquanto a braquiária mostrou valores menores em 105%, 36% e 31%, respectivamente para os mesmos parâmetros. Entretanto, dois dias de reidratação foram o suficiente para todas as espécies recuperarem os valores apresentados pelos respectivos controles. A espécie que apresentou a menor queda relacionada aos parâmetros avaliados foi o sorgo, com redução em apenas 4 das 14 variáveis avaliadas, enquanto braquiária e milho reduziram 9 variáveis quando sob seca. O presente estudo destaca que, além da questão econômica, a tomada de decisão por parte de técnicos e pequenos agricultores de quais espécies devem ser utilizadas, sob baixa disponibilidade de tecnologia e alto risco de ocorrência de falta de água, deve-se levar em conta também o desempenho ecofisiológico.

The present study evaluated the ecophysiological performance of species Zea mays (maize), Sorghum bicolor (sorghum) and Brachiaria decumbens (Brachiaria) under water deficit conditions in a greenhouse. The leaf water potential, gas exchange, chlorophyll a fluorescence and biochemical variables of photosynthetic metabolism were assessed at maximum stress and rehydration. At 90 days after emergence and under 21 days under suspension of irrigation the maize showed the highest reduction of leaf water potential (248%), stomatal conductance (87%) and photosynthesis (53%) when compared to well watered plants. Sorghum decreased by 212%, 42% and 26%, while the brachiaria showed lower values in 105%, 36% and 31%, respectively for the same parameters. However, two days of water supply were enough for all species recover the values showed by the respective controls. The species with the smallest decrease related to the variables evaluated was sorghum, which reduced 4 among 14 variables evaluated, while brachiaria and maize decreased 9 variables when under drought. The present study highlights that beyond economics, decision making by small farmers and technicians, about which species should be used under low availability of technology and high risk of water shortages should take into account also the ecophysiological performance.

Um dos principais fatores de produção para as culturas é a disponibilidade de água no solo, de forma que a quantificação das entradas e saídas dessa água, por meio do método do balanço hídrico, pode ser um instrumento valioso para melhorar o manejo dado a ela. Desse modo, este trabalho teve como objetivo analisar os componentes do balanço hídrico (variação do armazenamento de água no solo, drenagem, ascensão capilar e evapotranspiração) e o perfil do sistema radicular em Brachiaria decumbens, em nove meses do ano de 2011 (março a novembro). Também foi avaliada a razão entre evapotranspiração (ET) e evapotranspiração de referência (ETo). Esta pesquisa foi realizada na fazenda Riacho do Papagaio, em São João, na mesorregião do Agreste do Estado de Pernambuco, onde foram instalados sensores automatizados para medição da umidade volumétrica do solo nas profundidades de 0,10; 0,20; 0,30; e 0,40 m. A precipitação pluvial foi monitorada por meio de um pluviógrafo automatizado instalado numa torre no centro da área. Para a determinação da drenagem e da ascensão capilar, foram realizados ensaios de infiltração para obtenção da condutividade hidráulica do solo, além da determinação da curva de retenção, em laboratório. A ET foi obtida como termo residual da equação do balanço hídrico e a ETo, pelo método de Penman-Monteith. O volume de controle utilizado para o balanço hídrico teve como limite superior a superfície do solo e como limite inferior a profundidade de 0,30 m. Também foi analisado o perfil do sistema radicular da braquiária, mensalmente. Observou-se que os períodos com elevadas pluviosidades resultaram num maior armazenamento de água no solo, em maiores valores de drenagem e de evapotranspiração. O fluxo de água no limite inferior (z = 0,30 m) do solo ocorreu somente no sentido descendente, sendo perdidos 103,14 mm de água por drenagem, o que representa 24,12 % de toda a água fornecida à cultura. A evapotranspiração total da Brachiaria decumbens Stapf foi de 324,96 mm, com valor médio de 1,2 mm d-1. A pastagem sofreu estresse hídrico, em quase todo período experimental, tendo em vista os valores da relação ET/ETo serem inferiores a 1. Os baixos valores da razão ET/ETo indicaram a necessidade de se realizar irrigação para se diminuir o déficit hídrico. No entanto, em razão dos elevados valores de drenagem, recomendam-se práticas de manejo que aumentem a retenção de água pelo solo.

One of the main crop production factors is soil water availability; therefore, determination of soil water inputs and outputs by the water balance method can be a valuable tool for improving crop management. The aim of this study was to assess soil water balance components in the field (soil water storage variations, drainage, capillary rise and evapotranspiration) and the root system profile of Brachiaria decumbens for nine months in 2011 (March to November). The ratio between evapotranspiration (ET) and reference evapotranspiration (ETo) was evaluated as well. The study was carried out in an experimental area at the "Riacho do Papagaio" farm, municipality of São João, state of Pernambuco, Brazil. TDR probes were set up at depths of 0.10, 0.20, 0.30 and 0.40 m to measure soil water content. Rainfall was monitored with a rain gauge installed on a tower in the center of the area. For the determination of drainage and capillary rise, infiltration tests were performed in the field to obtain the saturated hydraulic conductivity. The soil water retention curve was determined in the laboratory. ET was obtained as a residual term of the water balance equation and ETo was obtained by the Penman-Monteith method. The upper limit of the control volume used for water balance was the soil surface, and the lower limit was a plane parallel to the soil surface at a depth of 0.30 m. Each month, the root system profile was analyzed. It was observed that substantial soil water storage, drainage and ET values occurred in the high rainfall periods. Water flux through the plane of the lower limit (z = 0.30 m) occurred only downwards, with a loss of 103.14 mm by drainage, which is 24.12 % of the water supplied to the crop. The total value and average value for actual evapotranspiration of Brachiaria decumbens were 324.96 mm and 1.2 mm d-1 respectively. The grassland must have undergone water stress throughout the entire experimental period since the values of the ET/ETo ratio are much lower than one. The low value of the ET/ETo ratio indicates the need for irrigation to reduce water deficit. However, due to high drainage values, management practices for increasing soil water retention are recommended.

Os principais atributos edáficos relacionados com a lixiviação de naftaleno nos solos consistem na granulometria, no teor de matéria orgânica e na composição mineralógica das frações silte e argila. Este trabalho objetivou determinar os valores da dispersão e do retardamento do naftaleno em amostras de solos coletadas nas proximidades de tanques de armazenamento de combustíveis localizados em Recife, PE. Os experimentos de lixiviação foram realizados em colunas contendo amostras deformadas e foram modelados usando a equação de convecção-dispersão, que foi ajustada aos dados experimentais com o emprego do software CXTFIT 2.0. Os resultados indicaram que solos arenosos oferecem menor resistência à lixiviação de naftaleno e que a presença de goethita, juntamente com a matéria orgânica, é possivelmente o principal fator responsável pelo retardamento do transporte desse composto no conjunto de amostras estudadas.

The main soil properties related to the leaching of naphthalene in soils are particle size, organic matter content and the mineralogical composition of silt and clay fractions. The aim of this study was to evaluate naphtalene reactive transfer in soil columns determinated by the dispersion and retardation of naphthalene in soil samples collected from the surroundings of fuel storage tanks in Recife, Brazil. Leaching experiments were carried out in columns containing disturbed soils and were modeled using the convection-dispersion equation, which was adjusted to the experimental data with the CXTFIT software 2.0. The results indicated that sandy soils offer less resistance to leaching of naphthalene and that the presence of goethite, together with organic matter appeared to be the main factors responsible for the retardation of naphtalene transport in the studied samples.

O estudo da evapotranspiração é importante para o planejamento agrícola, principalmente em regiões caracterizadas por grandes variabilidades espacial e temporal da precipitação, como nas áreas áridas e semiáridas do Nordeste do Brasil. Embora existam no Brasil duas grandes redes de observação meteorológica (INMET e CPTEC), ainda há muitas regiões não cobertas pelas mesmas, evidenciando a necessidade de métodos de cômputo da evapotranspiração baseados em poucos elementos meteorológicos. Considerando esta necessidade, este trabalho objetivou determinar a evapotranspiração de referência (ETo) por métodos indiretos em várias escalas de tempo na bacia experimental do riacho Gameleira, Vitória de Santo Antão, PE. Os métodos indiretos foram avaliados tendo como padrão o método Penman-Monteith FAO-56. Dentre os métodos baseados na temperatura do ar, Hargreaves-Samani (1985) apresentou desempenho "ótimo" nas escalas pentadal a mensal, seguido de Blaney-Criddle com desempenho "muito bom". Já os métodos de Camargo, Thornthwaite modificado e Thornthwaite apresentaram variações de desempenho de "mau a muito bom". Dos métodos baseados na radiação solar, o melhor desempenho foi o método da Radiação Solar, seguido de Makkink e Jensen-Haise. Diferentemente, os métodos baseados em modelagem estatística não estimaram a ETo com boa precisão, resultando em baixos coeficientes de determinação e desempenho.

The study of evapotranspiration is important for agricultural planning, especially in regions characterized by high spatial and temporal variability of precipitation, as in arid and semiarid regions of northeastern Brazil. Although in Brazil there are two large meteorological observation networks (INMET and CPTEC), there are still many uncovered areas, suggesting the need for methods of calculating evapotranspiration based on few meteorological elements. Considering this need, this study aimed to determine the reference evapotranspiration (ETo) by indirect methods in various time scales in the experimental watershed of the creek Gameleira, Vitoria de Santo Antão, PE. Indirect methods have been evaluated considering the Penman-Monteith FAO-56 as the standard method. Among the methods based on air temperature, the Hargreaves-Samani (1985) presented an "optimal" performance at pentadal to monthly scales, followed by the Blaney-Criddle with performance "very good". The Campbell, Thornthwaite and the modified Thornthwaite methods showed variations of performance from "bad to very good". Among the solar radiation based methods, the best performance was the solar radiation method, followed by Makkink and Jensen-Haise. The methods based on statistical modeling did not estimate ETo with good accuracy, resulting in low determination and performance coefficients values.

Na atualidade, metade da população mundial reside em centros urbanos, e os impactos negativos decorrentes de eventos hidrológicos têm sido recorrentes, visto que, com o aumento da impermeabilização, há redução nas taxas de infiltração, levando à diminuição da recarga dos aquíferos e à diminuição do escoamento de base. Consequentemente, o escoamento superficial é intensificado, aumentando a frequência e a magnitude dos picos de cheia, o que pode resultar na ocorrência de inundações, especialmente nos centros urbanos. Por outro lado, verifica-se já há algum tempo o emprego de telhados verdes em várias partes do mundo para contribuição arquitetônica estética e melhoria do conforto ambiental. Além desses enfoques, esta solução vem sendo tratada, também, como uma estrutura de controle do escoamento pluvial. Considerando características reais e os dados obtidos em campo, foi realizada a simulação da dinâmica da água em dois telhados verdes, com o emprego do código computacional Hydrus-1D, para diferentes intensidades de precipitação, visando verificar o desempenho desse sistema construtivo na redução do escoamento superficial. Os hidrogramas de saída mostraram-se qualitativamente adequados e quantitativamente coerentes e pode-se concluir que os telhados verdes constituem importantes dispositivos no amortecimento do escoamento superficial oriundo dos telhados, para as condições climáticas da área investigada.

Nowadays, half of the world's population lives in urban areas, and the negative impacts of hydrological events have been recurrent due to growing urbanization, impervious soil coverage, and the consequent reduction in infiltration rates leading to decreasing aquifer recharge and surface runoff. Thus, runoff increases, intensifying peak flows and flood events. By contrast, green roofs have been applied for some time in several parts of the world both for architectural-aesthetic reasons and to improve environmental comfort. Moreover, they are also being used in view of their performance as an urban runoff control device. Considering actual characteristics and field data, an experiment was performed in order to investigate the water dynamics in two green roof systems. The Hydrus-1D unsaturated flow numerical model was used to process the data, considering different rainfall rates. The analyses of the hydrograms produced consistent qualitative and quantitative results, and it was possible to conclude that, for the climate conditions of the area investigated, green roofs are important devices to be used in the reduction of runoff from traditional roofs.

O objetivo deste trabalho foi avaliar quantitativamente os parâmetros biofísicos obtidos por sensoriamento remoto, para a área de abrangência da Bacia Hidrográfica do Rio Tapacurá, em Pernambuco. Utilizaram-se imagens do TM‑Landsat 5 de 10/7/1989, 6/7/2005 e 29/8/2007. As imagens foram registradas pela correção geométrica polinomial de primeira ordem. Foram realizadas as etapas de calibração radiométrica, reflectância, albedo planetário e transmissividade e, subsequentemente, geraram-se cartas temáticas de albedo e de temperatura da superfície, e do índice de vegetação melhorado ("enhanced vegetation index", EVI). O albedo da superfície apresentou valores médios crescentes entre as imagens obtidas em 1989 e 2005, o que indica expansão territorial urbana. A imagem de 29/8/2007 mostrou maior temperatura da superfície, seguida das temperaturas mostradas nas imagens de 10/7/1989 e 6/7/2005, e os maiores valores foram os das malhas urbanas. A imagem de 1989 mostrou o maior valor médio de EVI, o que indica ter havido, naquela data, maior presença de vegetação.

The objective of this work was to quantitatively evaluate the biophysical parameters, obtained by remote sensing, for the range area of the Tapacurá River Basin, in Pernambuco state, Brazil. Landsat 5‑TM images of 7/10/1989, 7/6/2005, and 8/29/2007 were used. The images were registered with a polynomial geometric correction of first order. Radiometric calibration, reflectance, transmittance and planetary albedo were calculated and, subsequently, thematic maps of surface albedo, surface temperature and enhanced vegetation index (EVI) were generated. The surface albedo showed increasing average values between the 1989 and 2005 images, which indicates the urban territorial expansion. The image of 8/29/2007 showed the highest land surface temperature, followed by the temperatures showed in the images of 7/10/1989 and 7/6/2005, and the highest values were those of the urban networks. The 1989 image showed the highest average value for EVI, which indicates that there was a higher vegetation presence in that date.

O objetivo deste trabalho foi determinar o efeito da sazonalidade climática em pinhão‑manso (Jatropha curcas), sob condições de semiárido, em campo. Condutância estomática (g s), transpiração (E), carboidratos solúveis (SLC), aminoácidos livres (FAA) e proteína total (PT) foram mensurados em folhas, em plantio comercial, no Nordeste brasileiro, durante as estações de verão e outono. As plantas apresentaram altos valores de g s e E, bem como de SLC, FAA e PT no verão, que diminuíram gradualmente durante o outono, com o decréscimo da temperatura e da radiação fotossinteticamente ativa, apesar da alta disponibilidade hídrica. Mesmo em condições de adequada disponibilidade de água, a combinação de valores reduzidos de temperatura e luminosidade reduz drasticamente o metabolismo foliar.

The objective of this work was to determine the effect of climatic seasonality on physic nut (Jatropha curcas), in field, under semiarid climate conditions. Stomatal conductance (g s), transpiration (E), soluble leaf carbohydrates (SLC), free amino acids (FAA) and total proteins (TP) were measured in leaves, in a commercial plantation in Northeast Brazil, during the summer and autumn. Plants showed high g s and E, as well as SLC, FAA and TP contents in the summer, which gradually decreased with the lower temperatures and photosynthetically active radiation during the autumn, despite the higher water availability. Even in conditions of adequate water availability, the combination of low temperatures and reduced light drastically decreased foliar metabolism.