ABSTRACT Weeds have several mechanisms of dispersal and reproduction, resulting high spatial variability. The objective of this study was to assess the scale and spatial heterogeneity of weeds using multifractal analysis in a no-tillage system in the Pre-Amazon region. Sampling was conducted in a commercial soybean (Glycine max) production plot in the Mata Roma, Maranhão, Brazil, comprising 1,071 points marked on a 10 × 10 m grid. Data were analyzed using descriptive statistics and multifractal analysis through the box-counting method. Weeds showed varying degrees of multifractality, resulting in different scales and spatial heterogeneity in the study area. Euphorbia hirta and Turnera subulata exhibited asymmetry of branches to the left in the singularity spectrum, indicating dominance of high measurement values.

RESUMO As plantas-daninhas possuem diversos mecanismos de dispersão e reprodução descrevendo elevada variabilidade espacial. O objetivo deste estudo foi avaliar a heterogeneidade de escala e espacial de plantas-daninhas utilizando análise multifractal em sistema de semeadura direta na região Pré-Amazônia. A amostragem foi realizada em uma parcela de produção comercial cultivada com soja (Glycine max). Na área de estudo foram demarcados 1.071 pontos, em malha regular de 10 × 10 m, no município de Mata Roma (Maranhão, Brasil). Os dados foram analisados por meio da estatística descritiva e análise multifractal empregando o método box-counting. As plantas-daninhas apresentaram diferentes graus de multifractalidade, descrevendo maior ou menor heterogeneidade de escala e espacial na área de estudo. Euphorbia hirta e Turnera subulata apresentaram assimetria dos ramos do espectro de singularidade para a esquerda, indicando domínio de valores elevados de medidas.

ABSTRACT Agricultural practices promote alterations in the physical properties of the soil, causing changes in its bulk density, porosity, distribution of pore diameter and water retention, which influences the availability to the plants. Precision agriculture acts as a tool that assists in soil management, favoring agricultural yield. The objective of this study was to evaluate the influence of the spatial variability of the physical attributes of a Spodosol on sugarcane yield. Soil sampling and crop yield evaluations were performed at 90 randomly chosen points in the experimental area. Disturbed and undisturbed samples were collected in the soil layers of 0.00-0.20 and 0.20-0.40 m to analyze the attributes: particle size, bulk density, field capacity, total porosity, macroporosity and microporosity. The highest sugarcane yields were observed in regions with more aerated soil, with lower bulk density and higher total porosity, and with greater water retention capacity in the 0.00-0.20 m layer. It was not possible to detect spatial dependence for the granulometric fractions of the soil with the sampling scheme used, except for the clay in the 0.20-0.40 m layer. The spherical model was the one that best fitted to the set of data of the studied variables.

RESUMO As práticas agrícolas promovem alterações nas propriedades físicas do solo, ocasionando modificações na sua densidade, porosidade, na distribuição do diâmetro dos poros e na retenção de água pelo solo que influencia na disponibilidade às plantas. A agricultura de precisão atua como uma ferramenta que auxilia no manejo do solo favorecendo a produtividade agrícola. Dentro desta lógica, o objetivo do presente estudo foi avaliar a influência da variabilidade espacial dos atributos físicos de um Espodossolo na produtividade da cultura de cana-de-açúcar. As amostragens do solo e da produtividade da cultura foram realizadas em 90 pontos escolhidos aleatoriamente na área experimental. Foram coletadas amostras deformadas e não deformadas nas camadas de solo de 0,00-0,20 e 0,20-0,40 m, a fim de analisar os atributos: textura, densidade do solo, umidade na capacidade de campo, porosidade total, macro e microporosidade. As maiores produtividades de cana-de-açúcar foram observadas em regiões com solo mais aerado, com menor densidade do solo e maior porosidade total, e com maior capacidade de retenção de água na camada de 0,00-0,20 m. Não foi possível detectar dependência espacial para as frações granulométricas do solo com o esquema de amostragem utilizado, exceto para a argila na camada de 0,20-0,40 m. O modelo esférico foi o que melhor se ajustou ao conjunto dos dados das variáveis estudadas.

ABSTRACT Soil management carried out in areas with sugarcane production causes changes in the soil physical attributes, and geostatistics makes it possible to study the behavior of the spatial distribution of these variations. This study aimed to evaluate the behavior of the spatial distribution of sugarcane yield averages according to the altitude and soil physical attributes along a transect in Goiana, Pernambuco, Brazil. Sugarcane yield averages, altitudes, and soil physical attributes, such as soil bulk density, total porosity, micro and macro porosity, sand (total, coarse, and fine), silt, and clay, in the 0.00-0.20 and 0.20-0.40 m soil layers were determined at 20 m intervals along the transect characterized by a toposequence of Ultisols and Spodosols. Exploratory data analysis was performed with the aid of descriptive statistics. The analysis of spatial dependence was performed using geostatistics. Pairs of semivariances were obtained using the GS+ software. The development and adjustment of the semivariograms were performed using the GEOEAS geostatistical tool. The highest contents of the finest soil particles were found in the lowest sections of the transect, in the 0.20-0.40 m soil layers. The highest amount of macropores was observed in the subsurface soil layer. The areas with the lowest amount of micropores showed the lowest average sugarcane yield, around 32.00 t.ha-1. The geostatistical model that best fitted the data set was the spherical model.

RESUMO O manejo do solo em áreas com produção de cana-deaçúcar ocasiona modificações nos atributos físicos do solo, e a geoestatística permite estudar o comportamento de distribuição espacial destas variações. O objetivo deste estudo foi avaliar o comportamento da distribuição espacial da produtividade média da cana-de-açúcar, da altitude e dos atributos físicos do solo ao longo um transecto, localizado no município de Goiana, estado de Pernambuco, Brasil. A produtividade média da cana-de-açúcar, a altitude e os atributos físicos do solo: densidade do solo, porosidade total, micro e macro porosidade, areia (total, grossa e fina), silte e argila, nas camadas de 0,00-0,20 e 0,20-0,40 m de profundidade, foram quantificados em 145 pontos com intervalos de 20 m entre os pontos ao longo do transecto caracterizado por uma toposequência de Argissolo e Espodossolo. A análise exploratória dos dados foi realizada por meio da estatística descritiva. A análise de dependência espacial foi realizada por meio da geoestatística. Os pares das semivariâncias foram obtidos utilizando o programa GS+. A construção e o ajuste dos semivariogramas foram realizados utilizando a ferramenta geoestatística GEOEAS. Os maiores conteúdo de argila e silte foram verificados nos trechos mais baixos do transecto, na camada de 0,20-0,40 m. O maior conteúdo de macroporos foi observado na camada subsuperficial do solo. Os trechos com menor conteúdo de microporos, apresentaram menor produtividade média da cana-de-açúcar, em torno de 32,00 t.ha-1. O modelo geoestatístico que melhor se ajustou ao conjunto dos dados foi o esférico.

RESUMO O objetivo deste estudo foi avaliar as relações de escala de artrópodes do solo e da estrutura da vegetação de fitofisionomias de Cerrado. As parcelas experimentais foram alocadas em áreas com Cerrado denso (T1), Cerrado típico (T2) e Cerrado ralo (T3). A fauna edáfica foi coletada em 128 pontos, por meio de armadilhas de queda e a vegetação avaliada em subparcelas de 9 m2. Os dados foram avaliados por meio da estatística descritiva, geoestatística, análise multifractal e joint multifractal. Os artrópodes do solo e a estrutura de vegetação se ajustaram a um modelo geoestatístico, exceto, plantas arborescentes (T1), abundância de artrópodes (T2) e plantas arbóreas (T2), que apresentaram efeito pepita puro. As variáveis estudadas apresentaram diferentes graus de multifratalidade. Os gráficos da dimensão joint multifractal mostraram linhas circulares com altos valores de correlação conjunta para riqueza de artrópodes versus abundância dos estratos vegetais (r = -0,498), riqueza de artrópodes versus herbáceos (r = 0,323) e riqueza de artrópodes versus arbóreo (r = 0,451) em T1. A fauna do solo foi influenciada pela composição dos estratos arbóreos em maior ou menor grau. As parcelas com Cerrado denso (T1) e Cerrado ralo (T3) apresentaram a maior dependência espacial entre as amostras. A análise multifractal demonstrou que a parcela com Cerrado ralo (T3) foi o sistema com maior heterogeneidade de medida ao longo do suporte geométrico; enquanto a maior assimetria do espectro de singularidade foi descrita para a parcela com Cerrado denso (T1). A utilização de ferramentas de geoestatística e análise multifractal permitiu caracterizar as relações de escala entre as variáveis.

ABSTRACT The objective of this study was to assess the scale relationships of soil arthropods and the vegetation structure of Cerrado phytophysiognomies. The experimental plots were set in areas with dense Cerrado (T1), typical Cerrado (T2), and sparse Cerrado (T3). The edaphic fauna was collected at 128 points through pitfall traps, and the vegetation was evaluated in subplots of 9 m2. The data were evaluated using descriptive statistics, geostatistics, multifractal analysis, and joint multifractal analysis. The soil arthropods and vegetation structure were adjusted to a geostatistical model, except for arborescent plants (T1) and arthropod abundance and arboreal plants (T2), which showed a pure nugget effect. The studied variables showed different degrees of multifractality. The graphs of joint multifractal dimension showed circular lines with high values of joint correlation for the pairs of arthropod richness versus the abundance of plant strata (r = -0.498), arthropod richness versus herbaceous plants (r = 0.323), and arthropod richness versus arboreal plants (r = 0.451) at T1. The soil fauna was influenced by the composition of the plant strata. The plots with dense Cerrado (T1) and sparse Cerrado (T3) showed the greatest spatial dependence between the samples. The multifractal analysis showed that the plot with sparse Cerrado (T3) had the greatest heterogeneity of measurement along the geometric support. In contrast, the greatest asymmetry of the singularity spectrum was described for the plot with dense Cerrado (T1). The use of geostatistical and multifractal analysis tools enabled us to characterize the scale relationships between the variables.

RESUMO Os objetivos deste estudo foram avaliar o grau de multifractalidade da distribuição espacial da altitude, concentração de carbono orgânico e diversidade da fauna de invertebrados, e caracterizar o grau de associação joint multifractal dessas variáveis. A amostragem do solo foi realizada a cada 20 m em um transecto de 2.540 m, totalizando 128 pontos de amostragem em uma área de cana-de-açúcar localizada no município de Goiana, Estado de Pernambuco. Para cada ponto de amostragem foram avaliados altitude, concentração de carbono orgânico e diversidade da macrofauna (índices de diversidade e grupos funcionais). A distribuição espacial da altitude, carbono orgânico e a diversidade da macrofauna foram caracterizados por meio do espectro de dimensão generalizada (Dq) e espectros de singularidade [f(α) versus α] que apresentaram comportamento multifractal com diferentes graus de heterogeneidade nas escalas. A análise joint multifractal foi útil para mostrar as relações em múltiplas escalas entre as variáveis estudadas, e evidenciaram associações não detectadas pelos métodos estatísticos tradicionais. Quantificar a variabilidade espacial da fauna edáfica considerando as múltiplas escalas e conjuntos de associações em dimensão conjunta permite descrever o impacto do sistema de produção agrícola na diversidade biológica. Todas as variáveis estudadas apresentaram um comportamento multifractal com maior ou menor grau de heterogeneidade dependendo da variável, sendo a altitude e o carbono orgânico os atributos mais homogêneos.

ABSTRACT The objectives of this study were to evaluate the degree of multifractality of the spatial distribution of altitude, organic carbon concentration, and invertebrate fauna diversity, and to characterize the degree of joint multifractal association among these variables. Soil sampling was performed every 20 m across a 2,540 m transect, with a total of 128 sampling points in a sugarcane area in Goiana municipality, Pernambuco State. For each sampling point, the altitude, organic carbon concentration, and macrofauna diversity (diversity indices and functional groups) were evaluated. Spatial distributions of altitude, organic carbon concentration, and macrofauna diversity were characterized by the generalized dimension spectrum (Dq) and singularity spectrums [f(α) versus α], which presented multifractal behavior with different degrees of heterogeneity in scales. Joint multifractal analysis was useful for revealing the relationships at multiple scales between the studied variables, as demonstrated by the non-detected associations using traditional statistical methods. To quantify the spatial variability of edaphic fauna based on the multiple scales and association sets in the joint dimension, the impact of agricultural production systems on biological diversity can be described. All of the studied variables displayed a multifractal behavior with greater or lower heterogeneity degree depending on the variable, with altitude and organic carbon being the most homogeneous attributes.

RESUMO A comunidade edáfica é composta por diversos organismos que mantêm interações ecológicas nos ambientes, como fragmentação de serapilheira, ciclagem de nutrientes, modificações na estrutura do solo, além de reguladores de cadeia trófica. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a composição da fauna edáfica, os atributos físicos e químicos do solo em diferentes fisionomias de cerrado no Parque Estadual do Mirador (PEM). O estudo foi desenvolvido em duas formações de Cerrado (Cerrado Ralo e Cerrado Típico) no Parque Estadual do Mirador, onde foram instaladas 100 armadilhas pitfall. Os organismos edáficos foram triados, identificados em termos de ordens, subordens, subfamílias e família; a partir disso foram estimados os parâmetros abundância, riqueza, diversidade de Shannon e equitabilidade de Pielou. Um total de 4.149 indivíduos foram coletados nas duas parcelas experimentais. A parcela em Cerrado Típico apresentou maior riqueza taxonômica (25 grupos); e maior diversidade de Shannon (H’ = 1,65), enquanto a parcela em Cerrado Ralo apresentou 19 grupos edáficos e diversidade de Shannon igual a H’ = 1,51. A exploração fatorial explicou 84,43% dos dados originais do Cerrado Ralo e 90,84% dos dados do Cerrado Típico. Conclui-se, que a parcela em Cerrado Típico demonstrou maior diferença em termos de riqueza e abundância, decorrente das condições favoráveis à fauna edáfica como alto teor de matéria orgânica e maior cobertura vegetal.

ABSTRACT The edaphic community comprises several organisms that perform ecological functions in the environment, such as litter fragmentation, nutrient cycling, and modifications of soil structure, in addition to acting as food chain regulators. Thus, the objective of this study was to evaluate the composition of the edaphic fauna and the physical and chemical attributes of soil in different physiognomies of Cerrado in the Parque Estadual do Mirador (PEM). The study was carried out in two Cerrado formations (Sparse Cerrado and Typical Cerrado) in PEM, where 100 pitfall traps were installed. The edaphic organisms were screened and identified in terms of orders, suborders, subfamilies, families, abundance, richness, Shannon diversity, and Pielou’s equitability. A total of 4,149 individuals were collected from two experimental plots. The plot in the Typical Cerrado showed greater taxonomic richness (25 groups) and greater Shannon diversity (H’ = 1.65), while the plot in Sparse Cerrado presented 19 edaphic groups and Shannon diversity equal to H’ = 1.51. The factorial exploration explained 84.43% of the original data from the Sparse Cerrado and 90.84% from the Typical Cerrado. It is concluded that the plot in the Typical Cerrado showed greater differences in terms of richness and abundance due to the more favorable conditions for soil fauna, such as a high content of organic material and greater vegetation cover.

Abstract Background Weeds have high spatial variability and show clustering behavior, with heterogeneity in scales that can be evaluated through multifractal analysis. Objective The objective of this study was to evaluate the spatial variability of weeds using multifractal analysis in a no-till area. Methods Sampling was conducted at 1,015 sampling points in an experimental plot with a regular grid of 5 × 5 m (2.38 ha) with no tillage. The area was cultivated with triticale (Triticum secale), and in the summer of 2011, the area was cultivated with soybean (Glycine max). Data were analyzed using descriptive statistics and multifractal analysis using the box-counting method to determine the scaling properties of the variables. Results The predominance of Raphanus raphanistrum was identified in the winter crop and Commelina ssp. during the summer. The singularity spectrum showed greater asymmetry for Raphanus raphanistrum and Commelina ssp. in relation to the category of other weeds (OW). The degree of multifractality varied throughout the study period, showing the ecological patterns of the studied species. Scale heterogeneity was revealed, with different degrees of multifractality that evidenced the processes of dispersion and colonization of the environment by the different weed species evaluated. Conclusions The species Raphanus raphanistrum and Commelina ssp. showed domains of low measurement values, and OW was the most heterogeneous.

RESUMO Os impactos da mecanização agrícola e o manejo do solo na atividade canavieira podem comprometer o crescimento das plantas. O objetivo deste estudo foi avaliar o crescimento inicial da cana-de-açúcar (Saccharum spp.) sob densidades do solo em duas condições de salinidade, associado ao intervalo hídrico ótimo (IHO) e obter a densidade crítica para o Espodossolo. Os tratamentos consistiram da utilização de cinco densidades de solo (1,40; 1,50; 1,60; 1,70 e 1,80 Mg m-3) e duas condições de salinidade do solo (CEes = 0,5 e 3,0 dS m-1). Realizaram-se medições de variáveis morfológicas e massa vegetal das plantas de cana-de-açúcar e paralelamente coletaram-se amostras indeformadas de solo nas camadas de 0,02-0,08 m, para determinação da curva de retenção de água, da resistência do solo à penetração e o intervalo hídrico menos limitante. Concluiu-se de forma geral que houve maior crescimento das plantas entre as densidades de solo de 1,50 e 1,60 Mg m-3. O solo salinizado apresentou maior IHO que o solo não salinizado, refletindo em maior massa fresca da parte aérea para valores de densidades do solo entre 1,49 e 1,66 Mg m-3. As densidades críticas observadas para o Espodossolo foram de 1,70 Mg m-3 para o solo não salinizado e de 1,77 Mg m-3 para o solo salinizado.

ABSTRACT The impacts of agricultural mechanization and soil management on sugarcane activity may compromise the growth of plants. This study aimed to evaluate the initial growth of sugarcane (Saccharum officinarum) at soil densities under two salinity conditions, associated with the least limiting water range (LLWR), and obtain the critical density for the Spodosol. The treatments consisted of the use of five bulk densities (1.40; 1.50; 1.60; 1.70 and 1.80 Mg m-3) and two conditions of soil salinity (ECse = 0.5 and 3.0 dS m-1). Morphological variables and biomass of sugarcane plants were measured and, simultaneously, undisturbed soil samples were collected in the layers of 0.02-0.08 m to determine the water retention curve, soil resistance to penetration and the least limiting water range. In general, it was concluded that sugarcane plants has higher growth between the bulk densities of 1.50 and 1.60 Mg m-3. The salinized soil showed higher LLWR than the non-salinized soil, leading to higher shoot fresh mass at bulk densities between 1.49 and 1.66 Mg m-3. The critical bulk densities observed for the Spodosol were 1.70 Mg m-3 for the non-salinized soil and 1.77 Mg m-3 for the salinized soil.

RESUMO A resistência do solo à penetração (RP) é uma medida indireta do estado de compactação do solo. Assim, o objetivo deste trabalho foi caracterizar a RP em perfis verticais em uma área cultivada com cana-de-açúcar por meio de modelos multifractais para diferentes unidades de relevo. O experimento foi realizado em Latossolo Vermelho Amarelo textura argilosa, com 6.85 ha no município de Coelho Neto (Maranhão, Brasil), onde foram demarcados 60 pontos de amostragem. A área foi dividida em quatro unidades de relevo (Tipo A > 74 m; Tipo B de 71 a 74 m; Tipo C de 68 a 71 m e Tipo D de 65 a 68 m). A RP foi medida nos 60 pontos de amostragem utilizando um penetrômetro de impacto, e a RP determinada na camada de 0-0.60 m de profundidade a cada 0.01 m. A análise multifractal foi realizada considerando a propriedade de escala de cada perfil e tipificada o espectro de singularidade e de Rènyi estimados por meio do método do momento. A análise multifractal permitiu a identificação de padrões em diferentes escalas e com elevada heterogeneidade. O comportamento multifractal, foi representado pelo espectro de singularidade (α), versus f(α), e a dimensão generalizada (Dq). A análise multifractal permitiu a diferenciação entre os perfis das unidades de relevo (Tipos A, B, C e D), resultando em uma importante ferramenta para estudos da resistência do solo à penetração.

ABSTRACT Soil resistance to penetration (PR) is an indirect measure of the state of soil compaction. Thus, the objective of this study was to characterize PR in vertical profiles in an area cultivated with sugarcane using multifractal models for different relief units. The experiment was carried out in an Oxisol with a clay texture, with 6.85 ha in the municipality of Coelho Neto (Maranhão state, Brazil), where 60 sampling points were demarcated. The area was divided into four relief units (Type A > 74 m, Type B from 71 to 74 m, Type C from 68 to 71 m and Type D from 65 to 68 m). The PR was measured at the 60 sampling points using an impact penetrometer, and the PR determined in the 0-0.60 m depth layer every 0.01 m. The multifractal analysis was performed considering the scale property of each profile and typified the singularity and Rènyi spectra estimated using the current method. Multifractal analysis allowed the identification of patterns at different scales and with high heterogeneity. The multifractal behavior was represented by the singularity spectrum (α), versus f(α), and the generalized dimension (Dq). The multifractal analysis allowed the differentiation between the profiles of the relief units (Types A, B, C and D), resulting in an important tool for studies of soil resistance to penetration.

RESUMO O objetivo deste trabalho foi avaliar a variabilidade espacial da produtividade de soja, do estoque de carbono e de atributos físicos do solo por meio de técnicas multivariadas e de geoestatística. Os atributos foram determinados em um Latossolo Vermelho textura argilosa e coeso no município de Mata Roma (Maranhão, Brasil). Na área de estudo foram demarcados 70 pontos de amostragem, sendo avaliada a produtividade de soja e os atributos do solo nas camadas de 0-0,20 e 0,20-0,40 m de profundidade. Os dados foram analisados por meio de análise multivariada (ACP - Análise de Componentes Principais) e de ferramentas de geoestatística. A produtividade média de soja foi de 3370 kg ha-1. O semivariograma da produtividade, carbono orgânico (OC) e do estoque de carbono (Cst) na camada de 0-0,20 m se ajustaram ao modelo esférico. A ACP explicou 73.21% da estrutura da variância e covariância entre a produtividade e os atributos do solo na camada de 0-0.20 m [ACP 1 (26.89%), ACP 2 (24.10%) e ACP 3 (22.22%)] e 68.64% na camada de 0.20-0.40 m [ACP 1 (31.95%), ACP 2 (22.83%) e ACP 3 (13.85%)]. Os mapas de variabilidade espacial dos scores dos autovalores da ACP demonstraram que é possível a determinação de zonas de manejo utilizando a ACP 1 nas duas profundidades em estudo, todavia, com diferentes estratégias de manejo para cada uma das camadas.

ABSTRACT The objective of this study was to evaluate the spatial variability of soybean yield, carbon stock, and soil physical attributes using multivariate and geostatistical techniques. The attributes were determined in Oxisols samples with clayey and cohesive textures collected from the municipality of Mata Roma, Maranhão state, Brazil. In the study area, 70 sampling points were demarcated, and soybean yield and soil attributes were evaluated at soil depths of 0-0.20 and 0.20-0.40 m. Data were analysed using multivariate analyses (principal component analysis, PCA) and geostatistical tools. The mean soybean yield was 3,370 kg ha-1. The semivariogram of productivity, organic carbon (OC), and carbon stock (Cst) at the 0-0.20 m layer were adjusted to the spherical model. The PCA explained 73.21% of the variance and covariance structure between productivity and soil attributes at the 0-0.20 m layer [(PCA 1 (26.89%), PCA 2 (24.10%), and PCA 3 (22.22%)] and 68.64% at the 0.20-0.40 m layer [PCA 1 (31.95%), PCA 2 (22.83%), and PCA 3 (13.85%)]. The spatial variability maps of the PCA eigenvalue scores showed that it is possible to determine management zones using PCA 1 in the two studied depths; however, with different management strategies for each of the layers in this study.