ABSTRACT The analysis of water quality for irrigation assists in solving problems with irrigation equipment, such as obstruction in localized systems, being fundamental in precision irrigation. This study aimed to develop and evaluate an affordable multiparametric probe, as well as the performance in the remote data transmission by Bluetooth classic and Wi-Fi. The probe was based on the Arduino Nano platform. The sensors consisted of a pH (potential of hydrogen) sensor, a turbidity sensor (TSW30), and a total dissolved solids sensor. Bluetooth classic (HC-06 module) and ESP8266 module (ESP-01) were implemented for wireless transmission. A fuzzy inference system was used to evaluate the performance of sending data, using the variables bit error rate (BER) and percentage efficiency (Ef). The low-cost multiparametric probe allowed the measurement of pH, turbidity, and total dissolved solids. The Wi-Fi standard (IEEE 802.11 g/b/n), via ESP8266 version 01, presented the best results of consistency and efficiency of information transmission, according to fuzzy modeling.

ABSTRACT Unmanned aerial vehicles (UAVs) are a promising tool for technology development and transfer and for the economic success of the agricultural sector. The objective of this study is to assess the validity of biomass estimation in a commercial maize plantation using aerial images obtained by a UAV. The proposed methodology involved analyzing images acquired in scheduled flights, processing orthophoto (georeferenced image) data, evaluating digital terrain elevation models, and assessing the quality of dense point clouds. Data were collected using two cameras, one with a 16-megapixel flat lens and the other with a 12-megapixel fish-eye lens coupled to a UAV, at two flight altitudes (30 and 60 meters) over hybrid maize (AG1051) crop irrigated by center pivot in the municipality of Limoeiro do Norte, Ceará, Brazil. Crop biomass was estimated in 1 m2 plots sampled randomly, and data were validated by interpreting aerial images of target areas. The measurements of biomass using UAV-based aerial images were promising. The estimated values were more accurate using the fish-eye lens at 30 m altitude, corresponding to 2.97 kg m-2, which is very close to the values measured in the field (2.92 kg m-2).

RESUMO Objetivou-se neste estudo avaliar o crescimento, os componentes de produção e as eficiências do uso da água (EUA) e do nitrogênio (EUN) na cultura do milho (Zea mays L.), em função de lâminas de irrigação e doses de nitrogênio. O delineamento experimental adotado foi o de blocos casualizados em esquema de parcelas subdivididas com quatro repetições. Os tratamentos de irrigação aplicados nas parcelas foram compostos de quatro lâminas de água: 80, 90, 100 e 110% do requerimento hídrico, baseadas na capacidade de campo do solo, e as doses de N, distribuídas nas subparcelas foram: 0, 60, 120 e 180 kg ha-1. Aumentos nas lâminas de irrigação e nas doses de N promovem aumentos lineares na altura das plantas e no índice de área foliar. Para o ciclo I (2015) a produtividade máxima (16.778,3 kg ha-1) foi alcançada com a lâmina de irrigação de 538,1 mm e dose de nitrogênio de 180 kg ha-1; e para o ciclo II (2016), a máxima produtividade foi alcançada com a lâmina de irrigação correspondente a 505 mm e a dose de N de 180 kg ha-1, obtendo-se 17.819,5 kg ha-1. Os maiores valores de EUA (4,1 e 3,8 kg m-3) foram estimados no ciclo I (2015) para 432,7 mm e no ciclo II (2016) para 359,6 mm, respectivamente; enquanto os maiores valores de EUN (67,5 e 65,3 kg kg-1) foram estimados no ciclo I (2015) para a lâmina de irrigação de 555,7 mm e dose de nitrogênio de 113,3 kg ha-1, e no ciclo II (2016) para a lâmina de irrigação de 506 mm e dose de nitrogênio de 107,7 kg ha-1.

ABSTRACT The objective of this study was to evaluate the growth, the production components and the water (WUE) and nitrogen use efficiency (NUE) in maize (Zea mays L.), as function of water depths and nitrogen doses. The experimental design was randomized blocks in a split-plot scheme with four repetitions. The irrigation treatments applied in the plots were composed of four water depths: 80, 90, 100 and 110% of the water requirement, based on the soil field capacity, while the N doses, distributed in the subplots, were 0, 60, 120 and 180 kg ha-1. Increases in water depths and in N doses promote linear increases in plant height and leaf area index. For cycle I (2015) the maximum yield (16,778.3 kg ha-1) was reached with the irrigation depth of 538.1 mm and nitrogen dose of 180 kg ha-1; and for cycle II (2016), the maximum yield was reached with the irrigation depth corresponding to 505 mm and N dose of 180 kg ha-1, yielding 17,819.5 kg ha-1. The highest values of WUE (4.1 and 3.8 kg m-3) were estimated in cycle I (2015) for 432.7 mm and in cycle II (2016) for 359.6 mm, respectively; while the highest values of NUE (67.5 and 65.3 kg kg-1) were estimated in cycle I (2015), for the water depth of 555.7 mm and nitrogen dose of 113.3 kg ha-1, and in cycle II (2016), for the water depth of 506 mm and nitrogen dose of 107.7 kg ha-1.

A irrigação de precisão busca estabelecer estratégias que alcancem uma relação eficiente entre o volume de água utilizado (redução do insumo) e a produtividade obtida (aumento da produção). Há diversos trabalhos na literatura que tratam de estratégias para alcançar esta eficiência, como os que tratam do método do Balanço Hídrico Volumétrico (BHV). Entretanto, também é de grande interesse prático/econômico estabelecer implementações versáteis destas estratégias de irrigação que: (i) mantenham o desempenho obtido em outras implementações; (ii) dependam de poucos recursos computacionais; (iii) apresentem grande adaptabilidade às condições de campo, e (iv) permitam facilmente modificar a estratégia de irrigação. Neste trabalho, tais características são alcançadas ao se utilizar uma Rede Neural Artificial (RNA) para determinar o tempo de irrigação da cultura da melancia em uma localidade no Perímetro Irrigado do Baixo Acaraú (CE). Tomou-se o Balanço Hídrico Volumétrico como padrão de comparação do manejo efetuado pela implementação proposta com RNA. Os estudos estatísticos realizados comprovam a eficiência do manejo proposto. Podendo este manejo substituir o BHV como uma estratégia para a automação.

Precision irrigation seeks to establish strategies which achieve an efficient ratio between the volume of water used (reduction in input) and the productivity obtained (increase in production). There are several studies in the literature on strategies for achieving this efficiency, such as those dealing with the method of volumetric water balance (VWB). However, it is also of great practical and economic interest to set up versatile implementations of irrigation strategies that: (i) maintain the performance obtained with other implementations, (ii) rely on few computational resources, (iii) adapt well to field conditions, and (iv) allow easy modification of the irrigation strategy. In this study, such characteristics are achieved when using an Artificial Neural Network (ANN) to determine the period of irrigation for a watermelon crop in the Irrigation Perimeter of the Lower Acaraú, in the state of Ceará, Brazil. The Volumetric Water Balance was taken as the standard for comparing the management carried out with the proposed implementation of ANN. The statistical analysis demonstrates the effectiveness of the proposed management, which is able to replace VWB as a strategy in automation.

As condições edafoclimáticas do semiárido brasileiro favorecem a perda de água por escoamento superficial. O Estado do Ceará,quase totalmente abrangido pelo semiárido, desenvolveu políticas públicas voltadas para a construção de açudes,a fim de atender à demanda hídrica diversificada. Vários modelos hidrológicos foram desenvolvidos para subsidiar os processos decisórios no complexo manejo dos reservatórios. Este trabalho teve como objetivo estabelecer uma metodologia para a obtenção de uma base de dados georreferenciada e adequada para uso como dados de entrada na modelagem hidrológica,no semiárido cearense. Foram utilizadas imagens de satélite Landsat e da missão SRTM, e mapa de solos do Estado do Ceará. As imagens Landsat possibilitaram determinar a cobertura do solo,e as imagens da missão SRTM, a delimitação automática das bacias hidrográficas. O tipo de solo foi obtido por meio do mapa de solos. A base de dados foi obtida para a bacia hidrográfica do Rio Jaguaribe, Ceará, e é aplicável à modelagem hidrológica com base no método do Número da Curva para a estimativa do escoamento superficial.

The edafoclimatic conditions of the Brazilian semiarid region favor the water loss by surface runoff. The state of Ceará, almost completely covered by semiarid, has developed public policies for the construction of dams in order to attend the varied water demand. Several hydrological models were developed to support decisive processes in the complex management of reservoirs. This study aimed to establish a methodology for obtaining a georeferenced database suitable for use as input data in hydrological modeling in the semiarid of Ceará. It was used images of Landsat satellite and SRTM Mission, and soil maps of the state of Ceará. The Landsat images allowed the determination of the land cover and the SRTM Mission images, the automatic delineation of hydrographic basins. The soil type was obtained through the soil map. The database was obtained for Jaguaribe River hydrographic basin, in the state of Ceará, and is applicable to hydrological modeling based on the Curve Number method for estimating the surface runoff.

O Estado do Ceará possui 75% do território abrangido pelo semiárido brasileiro, com suas características peculiares. Nesse Estado, açudes constituem-se em estrutura hídrica de importância estratégica, garantindo, no tempo e no espaço, o desenvolvimento e o abastecimento hídrico das populações. No entanto, a construção de reservatórios implica vários impactos que devem ser cuidadosamente observados no momento de decidir pela sua execução. Um dos impactos apontados como negativo é o aumento da evaporação, que se constitui em um dos principais componentes do balanço hídrico nos reservatórios, sobretudo em regiões áridas. Vários métodos de estimativa da evaporação foram propostos ao longo do tempo, muitos deles derivados da equação de Penman. Neste trabalho, foram avaliados seis diferentes métodos de estimativa da evaporação a fim de determinar qual o mais adequado para utilização em modelos hidrológicos para o balanço hídrico em reservatórios no Estado do Ceará. Os métodos avaliados foram os propostos por Penman, Kohler-Nordenson-Fox, Priestley-Taylor, deBruim-Keijman, Brutsaert-Stricker e deBruim, os quais apresentaram ótimo desempenho quando testados para o balanço hídrico durante a estação seca, sendo o de Priestley-Taylor o mais adequado, uma vez que os dados do balanço hídrico simulado com a componente evaporação estimada por este método foram os mais próximos dos dados do balanço hídrico observado a partir das medidas de nível do reservatório e da curva cota-volume fornecidos pela Companhia de Gestão dos Recursos Hídricos do Estado do Ceará - COGERH.

The state of Ceará, Brazil, has 75% of its area covered by Brazilian semiarid, with its peculiar features. In this state, the dams are constituted in water structure of strategic importance, ensuring, both in time and space, the development and supply of water to population. However, construction of reservoirs results in various impacts that should be carefully observed when deciding on their implementation. One of the impacts identified as negative is the increased evaporation, which constitutes a major component of water balance in reservoirs, especially in arid regions. Several methods for estimating evaporation have been proposed over time, many of them deriving from the Penman equation. This study evaluated six different methods for estimating evaporation in order to determine the most suitable for use in hydrological models for water balance in reservoirs in the state of Ceará. The tested methods were proposed by Penman, Kohler-Nordenson-Fox, Priestley-Taylor, deBruim-Keijman, Brutsaert-Stricker and deBruim. The methods presented good performance when tested for water balance during the dry season, and the Priestley-Taylor was the most appropriate, since the data from de simulated water balance with evaporation estimated by this method were the closest of the water balance data observed from measures of reservoir level and the elevation-volume curve provided by the Company of Management of Water Resources of the state of Ceará - COGERH.

As mudanças climáticas têm potencial de alterar os processos do ciclo hidrológico, tais como precipitação, que afeta o escoamento superficial, temperatura e umidade relativa do ar devido à sua estreita relação com evaporação e vazão em corpos hídricos e evapotranspiração das plantas. O objetivo do presente trabalho foi analisar os impactos das mudanças climáticas na necessidade hídrica da cultura da bananeira, considerando-se cenários de mudanças climáticas em escala local, em nível de bacia hidrográfica (rio Jaguaribe, no trecho compreendido entre as barragens do Castanhão e de Itaiçaba). Um conjunto composto de uma baseline (climatologia de base) do modelo de 1961-1990 e de projeções climáticas, foi processado. Os dados foram então extraídos considerando-se as coordenadas geográficas da região em estudo, com resolução de 0,44 x 0,44º, a fim de abranger toda a área. Estimou-se a evapotranspiração de referência (ETo) através de dados da temperatura média mensal e se projetou uma elevação na necessidade hídrica bruta média anual para 2040 com relação às condições iniciais, de 1.989 mm para 2.536 mm e 2.491 mm (27,50 e 25,24%) para os cenários A2 e B2, elaborados pelo Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas, respectivamente.

Climate change has a potential to impact hydrologic cycle processes, such as rainfall, which affect run-off, temperature and air humidity that have relationship to evaporation over water bodies and plant evapotranspiration. The purpose of this study was to assess impacts of climate change on irrigation water demand of banana, at the river basin level (Jaguaribe river, between Castanhão and Itaiçaba Dams). A climate data set was generated by a climate model for 1961-90 (baseline) and the future. The output climate data has been generated, considering a georreferenced coordenated system of the study area in a 0.44 x 0.44º resolution, generating spatial distribution output for each variable. The reference evapotranspiration has been estimated using monthly average temperature and projected an increase in mean water requirements for 2040 in relation to initial conditions from 1.989 mm to 2.536 mm and 2.491 mm (27.50 and 25.24%) for A2 and B2 scenarios, developed by Intergovernamental Panel on Climate Change, respectively.

Em face da importância em conhecer a evapotranspiração (ET) para uso racional da água na irrigação no contexto atual de escassez desse recurso, algoritmos de estimativa da ET a nível regional foram desenvolvidos utilizando-se de ferramentas de sensoriamento remoto. Este estudo objetivou aplicar o algoritmo SEBAL (Surface Energy Balance Algorithms for Land) em três imagens do satélite Landsat 5, do segundo semestre de 2006. As imagens correspondem a áreas irrigadas, floresta nativa densa e a Caatinga do Estado do Ceará (Baixo Acaraú, Chapada do Apodi e Chapada do Araripe). Este algoritmo calcula a evapotranspiração horária a partir do fluxo de calor latente, estimado como resíduo do balanço de energia na superfície. Os valores de ET obtidos nas três regiões foram superiores a 0,60 mm h-1 nas áreas irrigadas ou de vegetação nativa densa. As áreas de vegetação nativa menos densa apresentaram taxa da ET horária de 0,35 a 0,60 mm h-1, e valores quase nulos em áreas degradadas. A análise das médias de evapotranspiração horária pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade permitiu evidenciar uma variabilidade significativa local, bem como regional no Estado do Ceará.

In the context of water resources scarcity, the rational use of water for irrigation is necessary, implying precise estimations of the actual evapotranspiration (ET). With the recent progresses of remote-sensed technologies, regional algorithms estimating evapotranspiration from satellite observations were developed. This work aimed at applying the SEBAL algorithm (Surface Energy Balance Algorithms for Land) at three Landsat-5 images during the second semester of 2006. These images cover irrigated areas, dense native forest areas and caatinga areas in three regions of the state of Ceará (Baixo Acaraú, Chapada do Apodi and Chapada do Araripe). The SEBAL algorithm calculates the hourly evapotranspiration from the latent heat flux, estimated from the surface energy balance. The hourly evapotranspiration values obtained were greater than 0.60 mm h-1 in irrigated or dense native vegetation areas, from 0.35 to 0.60 mm h-1 in sparse vegetation areas and almost null in degradated areas. The analysis of hourly evapotranspiration means by Tukey test at 5% probability level showed not only a significant variability locally but also at a regional scale in the state of Ceará.

Este trabalho teve como objetivo avaliar sensores capacitivos desenvolvidos para monitorar o teor de água do solo. Os sensores foram submetidos a testes para avaliar o efeito da temperatura, o tempo de resposta, obter a equação de calibração e determinar a sua sensibilidade. Foram analisados em diferentes situações (solo, água e ar) e temperaturas (25 ºC; 20 ºC; 15 ºC; 10 ºC; 5º C e 0 ºC). A calibração foi efetuada com um dos sensores capacitivos instalado em uma coluna de solo (indeformada) contida em um tubo de PVC (0,015066 m³) e suspensa em um dos lados de uma balança de braços. Na outra extremidade da balança, havia uma célula de carga conectada a um sistema de aquisição de dados. Os resultados indicaram redução na frequência do sensor capacitivo com o aumento da temperatura. O sensor capacitivo apresentou alta velocidade de resposta (menos de um segundo) ao imergi-lo na água e às variações da quantidade de água na amostra de solo e detectou as mudanças de perda de água pela coluna de solo no decorrer deste experimento, apresentando maior sensibilidade à medida que se diminui o conteúdo de água no solo. Portanto, o sensor capacitivo pode ser utilizado para determinar o teor de água do solo de forma adequada.

This paper aims to evaluate a capacitance sensor for monitoring soil water content. Capacitance sensors were tested to evaluate the effect of temperature and response time, and to obtain the calibration equation and their sensitivity. Sensors were placed in different environments (soil, water and air) and temperatures (25 ºC, 20 ºC, 15 ºC, 10 ºC, 5 ºC and 0 ºC). The calibration was performed with one of the capacitance sensors installed in a PVC column containing 0.015066 m³of undisturbed soil and hanged on one side of a scale with a load cell connected to a data acquisition board on the other side. Results showed reductions in the frequency response of the capacitance sensor with increasing temperature. The response time was low (less than one second) as it was immersed into water, as well as to an abrupt change in soil moisture in the soil column. It was verified that the sensitivity of the sensor increases as the soil moisture decreases. Therefore, the capacitance sensor can be used to determine the soil moisture.

Para investigar alterações no albedo, no Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI), no saldo de radiação e no fluxo de calor no solo, em decorrência do regime pluviométrico no semiárido cearense, desenvolveu-se um estudo na bacia do Rio Trussu - Ceará, empregando-se sensoriamento remoto. Foram utilizadas duas imagens Landsat 7 ETM+, datadas de 25-10-2000 e 24-7-2001, sendo as variáveis estimadas pelo emprego do algoritmo SEBAL (Surface Energy Balance Algorithms for Land). Os resultados mostraram que as variáveis investigadas apresentaram alterações entre as duas estações, sendo os maiores valores de albedo registrados na estação seca. O NDVI apresentou maior sensibilidade ao regime hídrico, mostrando alto potencial de recuperação da vegetação ao efeito da precipitação. As margens do Rio Trussu apresentaram NDVI superior a 0,39, sendo indicativo de preservação da mata ciliar. A vegetação da bacia mostrou alto poder resiliente expresso pelo incremento nos valores de NDVI para o ano de 2001. A estação chuvosa exerceu também influência marcante sobre o saldo de radiação e fluxo de calor no solo, confirmando o efeito da estação climática na modificação do balanço de energia sobre a bacia.

To investigate the rainfall regime effects over the albedo, NDVI (normalized difference vegetation index), net radiation and soil heat flux in a semiarid region (Northeast of Brazil), a study in the Trussu watershed was developed by using remote sensing. The study focuses on two images (Landsat 7 ETM+) provided by Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), from October 25, 2000 and July 24, 2001, each of them having a different rainfall regime (dry and wet seasons). The images were analyzed by using the SEBAL algorithm (surface energy balance algorithm for land). The results showed that the amount of rainfall affected the investigated variables, and the highest values of albedo were registered during the dry season. The NDVI presented high sensibility to rainfall regime, pointing out a high vegetation potential recover during the rainfall season. The NDVI along the Trussu River was up to 0.39, expressing the repair zone preservation. The watershed vegetation showed a high resilience power expressed by NDVI values in the year of 2001. Net radiation and soil heat flux were greater in the dry season, in this way expressing the effect of humidity on the energy balance.

Com o advento da eletrônica e a disponibilidade de "software" de processamento, vários tipos de transdutores têm sido testados, visando à determinação da umidade do solo. O uso desses transdutores tem por objetivo a otimização do consumo de água e o conseqüente retorno econômico da atividade da agricultura irrigada. No Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal do Ceará, construiu-se um dispositivo para calibração de sensores de umidade do solo, a sua calibração e a determinação de suas principais propriedades, como precisão e cargas mínima e máxima. O dispositivo consistiu numa torre em aço 1020, com 3,0 m de altura, no topo da qual se montou uma balança de braços. Em um dos braços da balança, colocou-se uma amostra de solo para a inserção dos sensores de umidade e, no outro, uma célula de carga para medir a variação de massa de água na amostra de solo. Foi implementado um circuito eletrônico para permitir a interface da célula de carga com um sistema de aquisição de dados. A análise de regressão, cuja variável dependente foi a saída da célula de carga, e a independente, a massa à qual a balança foi submetida, mostrou-se linear entre 1 kg e 50 kg, com coeficiente de determinação de 0,99995 e coeficiente angular de 0,09198 mV g-1. O dispositivo pode ser utilizado para calibração de sensores de umidade do solo com sensibilidade correspondente à variação de 12,28 mL de água e cargas mínima e máxima para as amostras de solo variando entre 1 e 50 kg.

Several types of transducers have been tested to measure soil moisture content for irrigation purpose. Their use aims at optimizing water consumption and net profit from irrigation. A research was conducted at the Agricultural Engineering Department at the University Federal of Ceará and aimed at building a device to calibrate soil moisture sensors, in addition to find its major properties, such as accuracy, maximum and minimum loads. The device is composed of a 3-meter high iron tower, a scale, load cell and a data acquisition system. In one the arms of the scale a horizontal soil column was mounted and adapted to receive soil moisture sensors. In the other arm a load cell was installed in order to measure the change in water content of the soil. A electronic circuit was constructed to allow for the interfacing of the load cell with a data acquisition system. The response of the scale in volts to a load (in grams) shows to be linear between 1 kg and 50 kg, with a correlation coefficient of 0.99995 and slope of 0.09198 mV g-1. The combination to the data acquisition system used resulted in a sensitivity of 12.28 mL of water per count, and minimum and maximum loads of 1 kg and 50 kg, respectively.

O presente trabalho apresenta o monitoramento do potencial de água no solo obtido por meio do uso de um tensiômetro eletrônico. Os testes foram conduzidos no Laboratório de Mecânica e Eletrônica do Departamento de Engenharia Agrícola da UFC, tendo sido utilizados nove exemplares de tensiômetro eletrônico e três exemplares de tensiômetro convencional de mercúrio. Durante o período de um mês, os dados foram armazenados a uma freqüência de 2 Hz, sendo possível obter detalhes quanto ao monitoramento do potencial da água do solo, o efeito das flutuações de temperatura nas leituras do tensiômetro e a realização de testes de tempo de resposta e de sensibilidade. O efeito das flutuações de temperatura acentuou-se à medida que o potencial matricial diminuiu, sendo o uso de sensores de temperatura em transdutores de pressão de fundamental importância para corrigir o erro de leitura, principalmente para leituras coletadas em horário em que ocorrem as maiores temperaturas do dia. O tempo de resposta do equipamento aumenta à medida que o potencial matricial diminui. Os dispositivos testados apresentaram sensibilidades, em média, de 42,833 mV (kPa)-1 e precisão média de 0,02334 kPa ou 0,2380 cm c H2O.

This paper presents the monitoring of the soil matrix potential using the electronic tensiometer. The trials were conducted at the Mechanics and Electronics Lab of the Department of Agricultural Engineering of the Federal University of Ceara. Nine samples of electronic tensiometers and three conventional mercury tensiometers were tested for a month period of data gathered at a 2 Hz frequency. The monitoring made it possible to produce insights on the soil drying process, on the effect of temperature fluctuation on the readings, and it was possible to evaluate the response time and sensitivity of the electronic tensiometer. It was found that the temperature effect on the readings increases as the matrix potential decreases, thus it is essential to install temperature sensors on the electronic tensiometers in order to remove the errors induced by temperature variation especially if the sensors are to be used at the peak hours. The response time increases as the matrix potential decreases and the tensiometers tested presented average sensitivity of 42.833 mV(kPa)-1, and precision of 0.02334 kPa or 0.2380 cm c H2O.