Dry, boreal, forest ecosystems have been shown to alternate due to reindeer presence by changing the field layer. This affects the temperature of the soil, changes the microclimate and the nutrients of soil and field layer. By removal of biomass and trampling stress the ground lichen mats reduce in cover and thickness. In this thesis two dry, boreal pine forests in Northern Finland were studied, to see how the nutrient stocks in the field layer are impacted by reindeer presence. A comparison of the same site, with >20 years in between was studied to see how year-round grazing affect the carbon storage in the field layer compared to winter grazing.    I found that reindeer grazing reduces the vegetation carbon storage, however, the impact on the vegetation nitrogen storage differs with site. Furthermore, the lichens and shrubs had lower C:N ratios because of increased nitrogen content in the plant tissue and unaffected carbon content. These results show that reindeer actively changes the vegetation quantity and quality which will have implications for the soil carbon storage.

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Geological Carbon Storage (GCS) is considered as one of the key techniques to reduce the rate of atmospheric emissions of CO2 and thereby to contribute to controlling the global warming. A successful application of a GCS project requires the capability of the formation to trap CO2 for a long term. In this context, processes related to CO2 trapping and also possible leakage of CO2 to the near surface environment need to be understood. The overall aim of this thesis is to understand the flow and transport of CO2 through porous media in the context of geological storage of CO2. The entire range of scales, including the pore scale, the laboratory scale, the field experiment scale and the industrial scale of CO2 injection operation are addressed, and some of the key processes investigated by means of experiments and modeling.  First, a numerical model and laboratory experimental setup were developed to investigate the CO2 gas flow, mimicking the system in the near-surface conditions in case a leak from the storage formation should occur. The system specifically addressed the coupled flow and mass transport of gaseous CO2 both in the porous domain as well as the free flow domain above it. The comparison of experiments and modelling results showed a very good agreement indicating that the model developed can be applied to evaluate monitoring and surface detection of potential CO2 leakage. Second, the field scale CO2 injection test carried out in a shallow aquifer in Maguelone, France was analyzed and modeled. The results showed that Monte Carlo simulations accounting for the heterogeneity effects of the permeability field did capture the key observations of the monitoring data, while a homogeneous model could not represent them. Third, a numerical model based on phase-field method was developed and model simulations carried out addressing the effect of wettability on CO2-brine displacement at the pore-scale. The results show that strongly water-wet reservoirs provide a better potential for the dissolution trapping, due to the increase of interface between CO2 and brine with very low contact angles. The results further showed that strong water-wet conditions also imply a strong capillary effect, which is important for residual trapping of CO2. Finally, numerical model development and model simulations were carried out to address the large scale geological storage of CO2 in the presence of impurity gases in the CO2 rich phase. The results showed that impurity gases N2 and CH4 affected the spatial distribution of the gas (the supercritical CO2 rich phase), and a larger volume of reservoir is needed in comparison to the pure CO2 injection scenario. In addition, the solubility trapping significantly increased in the presence of N2 and CH4.

En agriculture de conservation (AC), les résidus de cultures sous forme de paillis à la surface du sol associés à la suppression du travail du sol sont une composante intrinsèque des systèmes de culture. L'objectif principal de ce travail était de comprendre les effets de la nature et de la décomposition de mulch de résidus s sur les services d'approvisionnement et de régulation fournis par les sols dans les agrosystèmes en AC de régions tempérées (France) et tropicales (Madagascar et le Brésil). Des études expérimentales ont été réalisées pour obtenir des paramètres de décomposition pour une large gamme représentative de la qualité des résidus végétaux des agrosystèmes étudiés et pour tester et améliorer un modèle de décomposition des mulchs. Ensuite nous avons utilisé le modèle PASTIS_MULCH qui simule les biotransformations C et N et le transport de solutés dans les sols lors de la décomposition des mulchs.Pour la gamme de résidus de tiges testées, la rétention d'eau maximale a varié considérablement et ceci a été expliqué par les caractéristiques physiques du résidu. Avec les données obtenues par une série d'incubations de décomposition de résidus, nous avons proposé un ensemble de paramètres biologiques unique pour le module de décomposition CANTIS, simulant une large gamme de qualité des résidus de culture. L'étude expérimentale dans les colonnes de sol a montré que le mulch de maïs + dolique se décompose plus rapidement que mulch de blé + luzerne. Un régime de pluies fines et fréquentes augmente la décomposition du mulch par rapport à des pluies plus rares et plus fortes et cela est dû au maintien de l'humidité du mulch.Les simulations de scénarios avec PASTIS_MULCH ont montré que la pluie et les conditions d'évaporation classent les résidus de culture vis-à-vis de la décomposition lorsque ceux-ci sont placés en mulch à la surface des sols, tandis que les caractéristiques chimiques des résidus classent ceux-ci vis-à-vis de la décomposition lorsqu'ils sont incorporés. Aucune des situations étudiées pourrait être définie au vu des résultats de simulation comme étant adaptée à toutes les conditions pédo-climatiques et agricoles. / In conservation agriculture (CA), crop residues mulches are associated to reduction or suppression of soil tillage and are an intrinsic component of CA. The objective of this work was to understand the effects of nature and decomposition of crop residue mulches on the provisioning and regulating services of agrosystems provided by soils under temperate (France) and tropical (Madagascar and Brazil) conditions. Experimental studies were realized to get decomposition parameters for a large range of residue quality representative of the agrosystems studied and to test and improve a MULCH model. Then we used PASTIS_MULCH model which simulates the C and N biotransformations and solutes transport in soils during mulch decomposition.For a range of plant-stem residues tested, the maximal water retention varied greatly and was only explained by the physical features of the residue. With a series of decomposition incubations, we proposed a single set of biological parameters for CANTIS decomposition module, simulating a large range of crop residue quality. Experimental study in soil columns showed that maize+dolichos mulch decomposed faster than wheat+alfalfa mulch. Frequent and light rain enhanced mulch decomposition compared to infrequent and heavy rain and this was due to the mulch remaining wetter with frequent rain.The simulations of scenarios with PASTIS showed that rain and evaporation conditions ranked crop residues decomposition when placed as mulches while the residue chemical characteristics ranked crop residues decomposition when incorporated. None of the situations studied would be defined as suitable in all pedo-climatic and agricultural conditions.

Ainda que o conhecimento sobre a flora e a ecologia do cerrado tenha sido consideravelmente ampliado nas últimas décadas, persistem dificuldades relacionadas com a caracterização estrutural das fitofisionomias e pouco se sabe sobre as transformações fisionômicas que ocorrem nesta vegetação ao longo do tempo em áreas protegidas. Adicionalmente, mediante as mudanças climáticas, surgiu a demanda de quantificação de fitomassa e estoque de carbono em formações vegetais, entre os quais o cerrado. Os objetivos deste estudo foram: a) verificar se a classificação fisionômica de três fisionomias de cerrado reflete diferenças florísticas e estruturais; b) caracterizar a dinâmica espaço-temporal das fisionomias de cerrado; c) quantificar a fitomassa dessa vegetação e sua contribuição para estoque de carbono; d) avaliar a aplicabilidade de dados de sensoriamento remoto para estimar a fitomassa do cerrado. A pesquisa foi desenvolvida na Estação Ecológica de Assis (EEcA) localizada no estado de São Paulo. O cerrado típico, cerrado denso e cerradão foram caracterizados florística e estruturalmente e comparados para verificar se podem ser considerados distintos. Foram alocadas 30 parcelas de 20 x 50 m, sendo 10 parcelas para cada um dos tipos fisionômicos. Os indivíduos de espécies lenhosas com DAP \'> OU =\' 5 cm foram identificados e medidos. As fisionomias mostraram-se estruturalmente distintas, em classes de densidade, área basal e altura média das árvores e o melhor descritor para classificá-las, por ser pouco variável com o critério de inclusão, é a área basal (\'M POT.2\'/ha). Floristicamente, há diferenças apenas entre o cerradão e as fisionomias savânicas. Analisou-se a dinâmica espaço-temporal das fisionomias de cerrado, ao longo de 44 anos, com base em aerofotos (1962, 1984 e 1994) e imagens QuickBird (2006). Após a criação da unidade de conservação e devido à suspensão das atividades antrópicas (fogo e agropecuária), tem ocorrido um adensamento da vegetação, em que áreas de campo foram ocupadas por fisionomias de maior fitomassa, o cerradão correspondendo, em 2006, 91,43% da EEcA. Analisou-se, em particular, a oscilação na área ocupada por uma espécie invasora de samambaia (Pteridium arachnoideum). As imagens de 1994 e 2006 mostram que espécies arbóreas estão aumentando em densidade e cobertura em meio às manchas de samambaias e, em campo, constatou-se que a fitomassa das samambaias está diminuindo consideravelmente sob as copas das árvores. A fitomassa do cerrado stricto sensu e cerradão da EEcA foi estimada por meio de equações alométricas. Utilizaram-se parcelas de 20 x 40 m, sendo 20 parcelas para cada fitofisionomia. Utilizou-se regressão robusta com reamostragem Bootstrap para explorar as relações entre a fitomassa aérea do cerrado e as imagens do QuickBird e TM/Landsat, índices espectrais de vegetação (IV), componentes principais (CP), modelo linear de mistura espectral (MLME). Na EEcA, os valores médios de fitomassa aérea (23,22 Mg/ha) e total (28,88 Mg/ha) do cerrado stricto sensu foram próximos aos descritos na literatura para o cerrado do Brasil Central e os valores médios de fitomassa aérea (98,18 Mg/ha) e total (118,36 Mg/ha) do cerradão aproximaramse aos descritos para florestas estacionais. As bandas espectrais dos sensores QuickBird e TM apresentaram correlações fracas a moderadas com a fitomassa aérea de cerrado. As transformações espectrais (IV e CP) melhoram, em geral, a predição da fitomassa aérea de cerrado, contudo as correlações se mantiveram entre fracas e moderadas. / Even though knowledge on the ecology and flora of cerrado vegetation has considerably improved in recent years, gaps are still remaining on structural differentiation of the cerrado physiognomies and few is known about cerrado vegetation dynamics after protection from human pressure. In addition, before the climate changes, phytomass and carbon storage quantification has been a new challenge for different vegetation types, including the cerrado physiognomies. The present study was carried out with the aim of a) to characterize three cerrado physiognomies to verify if they are structurally and floristically distinct; b) to analyze the vegetation dynamics in time and space, to verify if the vegetation is undergoing a sucessional process, whose structural climax will be a forest physiognomy; c) to quantify phytomass in different physiognomies and their contribution to carbon stock; and d) to assess the application of remote sensing techniques to estimate the cerrado phytomass in large scale. This study was carried out at Assis Ecological Station (EEcA), located in the southwestern São Paulo state, Brazil. This protected area preserves one of the few brazilian cerrado (savanna) biome remnants in the State. Three distinct physiognomic types of cerrado (typical cerrado, dense cerrado and woodland cerrado) were floristically and structurally characterized and submitted to comparative analyses to verify if they can, or not, be considered as separate vegetation types within the cerrado gradient. Thirty permanent plots (20 x 50 m each) were set, ten in every cerrado type, and all woody individuals with DBH \'> OR =\' 5 cm were measured and identified. The three types of cerrado under comparison are structurally distinct in terms of density, medium height and basal area (\'M POT.2/ha), the last being considered as the best and more precise descriptor to classify the physiognomies of the cerrado vegetation. The woodland cerrado is also distinct by its flora, but the two open physiognomies (dense cerrado and cerrado stricto sensu) are floristically very similar. The dynamics of the vegetation types along 44 years in the studied area was analyzed by using aerial photographs (1962, 1984 and 1994) and QuickBird images (2006). After protection from human pressures (fire and agriculture), the woody vegetation density and phytomass has continuously increased, with open physiognomies tending to disappear and woodland cerrado replacing them. Surprisingly, the area covered by the invasive fern Pteridium arachnoideum has also decreased, replaced by sparse or clustered trees. The cerrado phytomass was estimated by allometric equations. Forty plots (20 x 40 m each) were used, twenty in every cerrado type - cerrado stricto sensu and woodland cerrado. Robust Regression and Bootstrap methods were used to explore relationships between aboveground cerrado phytomass and remote sensing data of QuickBird and Landsat Thematic Mapper (TM) sensors (spectral bands, vegetation index - VI, principal components - PC, linear spectral mixture model LSMM). Valors of medium phytomass obtained for the cerrado stricto sensu at Assis Ecological Station were close to those described in the literature for Central Brazilian cerrado. The valors of medium phytomass of the woodland cerrado were close to those described for seasonal forests. Spectral bands of QuickBird and TM sensors presented weak to moderate correlations with the aboveground cerrado phytomass. In general, spectral transformations (VI and PC) improved the prediction of the cerrado phytomass, however the correlation remained from weak to moderate.

Globally land use change (LUC) with increasing in land use intensity has led to a decrease in soil organic matter (SOM). The reduction of soil C stock across LUC has been accompanied by a destabilization of soil structure and increases the soil erosion susceptibility. The destabilized soil structure is also concomitant with a loss of soil biodiversity and in particular, soil macroinvertebrate community. The focus of this dissertation is the effect of LUC with increasing in land use intensity on soil macrofauna, aggregation and SOM allocation. We hypothesized that LUC reduces soil macrofaunal biodiversity and consequently decreases soil engineering processes, resulting in destabilization of soil structure and impairing the ability of soil to physically protect SOM from decomposition inside stable aggregates, finally leading to depleted SOC stocks across LUC. In order to test these hypotheses, we conducted a field survey in 3 chronosequences of land use comprising native vegetation (NV), pasture (PA), and sugarcane crop (SC) in Central-Southern Brazil. This land use sequence provides a gradient of land use intensity and is projected to add 6.4 Mha of new sugarcane areas in Brazil by 2021. At each sampling point soil blocks of 25 X 25 cm and 5 x 5 cm to 10 cm depth were simultaneously collected from 0-10 cm, 10-20 cm, and 20-30 cm soil layers, for macrofauna isolation and aggregate fractionation, respectively. Within a radius of 6 meters around each sampling point, 12 subsamples were also collected from the same soil layers, and combined for total soil C and N concentration. An average reduction of 89% in the density of the soil macrofaunal community was observed when SC replaces PA, and a loss of 39% in the diversity of macrofauna groups. Our findings showed that, over a range of soil textures (16 - 66% clay), such biodiversity loss was strongly correlated with the destabilization of soil structure across LUC, whereas soil texture was not so. These observations consistently indicate that the abundance of detritivore soil animals, especially earthworms and termites, may be a significant predictor of soil structure transformations across LUC in tropical environments. Moreover, the sharp reduction in the abundance of earthworms was strongly positively correlated with the decrease in intra macroaggregate-associated C. As a result, after more than 20 years of sugarcane crop there were losses of 40 and 35% of C and N stocks, respectively, resulting in a rate of C emission of 1.3 Mg ha-1 yr-1. This C loss primarily occurred in the macroaggregate-associated C, as a result of the faster macroaggregate turnover under SC. In summary, the results presented here provide a mechanistic explanation as to why there is soil C depletion when increasing land use intensity in tropical soils: the huge reduction in the abundance of soil engineering invertebrates after LUC impair the ability of soil to physically protect SOM from decomposition inside stable aggregates, and therefore it is a primary mechanism controlling the soil C stocks\' depletion across LUC. / Globalmente mudanças no uso da terra (MUT) com o aumento da intensidade de uso do solo têm levado a uma diminuição da matéria orgânica do solo (MOS). A redução do estoque de C do solo após MUT tem sido acompanhada por uma desestabilização da estrutura do solo e aumento da susceptibilidade a erosão. A desestabilização da estrutura também é concomitante com a perda da biodiversidade do solo e, em particular, da comunidade de macroinvertebrados do solo. O foco deste trabalho é o efeito de MUT com aumento na intensidade de uso do solo sobre a macrofauna do solo, agregação e alocação da MOS. Nossa hipótese é que MUT reduz a diversidade da macrofauna do solo e, conseqüentemente, diminui os processos de engenharia de solo, resultando na desestabilização da estrutura do solo e prejudicando a capacidade do solo para proteger fisicamente a MOS da decomposição dentro de agregados estáveis, finalmente levando a redução dos estoques de C após MUT. Foi realizada uma pesquisa em 3 cronosseqüências de uso da terra que compreendem vegetação nativa (NV), pastagem (PA), e cana-de-açúcar (CA) na região Centro-Sul do Brasil. Esta MUT fornece um gradiente de intensidade de uso do solo e é projetada para adicionar 6,4 Mha de novas áreas de CA no Brasil até 2021. Em cada ponto de amostragem de solo blocos de 25 x 25 cm e 5 x 5 cm a 10 cm de profundidade foram coletados simultaneamente das camadas 0-10 cm, 10-20 cm e 20-30 cm de solo, para isolamento da macrofauna e fracionamento de agregados, respectivamente. Foi observada uma redução média de 89% na densidade da comunidade da macrofauna quando CA substitui PA, e uma perda de 39% da diversidade de grupos. Nossos resultados mostraram que, em um intervalo de texturas do solo (16-66% de argila), tal perda de biodiversidade foi fortemente correlacionada com a desestabilização da estrutura do solo após MUT. Estas observações indicam consistentemente que a abundância de animais detritívoros, especialmente minhocas e cupins, pode ser um preditor significativo de transformações da estrutura do solo em MUT. Além disso, a forte redução na abundância de minhocas foi fortemente e positivamente correlacionada com a diminuição do C alocado intra macroagregados. Como resultado, após mais de 20 anos de cultura de CA houve perdas de 40 e 35% dos estoques de C e N, respectivamente, resultando em uma taxa de emissão de C de 1,3 Mg ha-1 ano-1. Esta perda de C ocorreu principalmente no C associado aos macroagregados, como um resultado da reciclagem mais rápida dos macroagregados sob CA. Em resumo, os resultados aqui apresentados fornecem uma explicação mecanicista a respeito de porque há esgotamento do C do solo quando aumenta-se a intensidade de uso do solo em ambientes tropicais: a enorme redução na abundância de invertebrados \"engenheiros do solo\" após MUT prejudica a capacidade do solo para proteger fisicamente a MOS da decomposição dentro de agregados estáveis, e, portanto, é um mecanismo primário controlando a redução dos estoques de C no solo relacionada a MUT.

Made available in DSpace on 2015-09-25T12:23:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bruno Cruz de Souza.pdf: 532343 bytes, checksum: 8dec8be4074dd0c056e30ae071d41e56 (MD5) Previous issue date: 2009-08-31 / Among the remaining existing mountainous areas have not yet been characterized for their composition and structure, it is believed that these remnants harbor a high biological diversity. Seeking to expand the knowledge phytoecological caatinga, particularly mountainous areas, this study assessed the species richness, diversity and plant community structure present and, through mathematical models propose drawing the allometric equation for estimating carbon stock in plants of the caatinga. The location of the study was the Serra da Arara in the municipality of São João do Cariri micro Cariri West. The land use history showed that there occurred 40 years extraction of firewood and currently the vegetation is retained. To phytosociological sampling was adopted the usual inclusion criteria for this type 11 of vegetation, characterized by the method of point-and-quadrant, which consisted of randomly selecting 30 sample units, and each plant chosen 6-point. The calculated parameters of diversity were the index of Shannon diversity, richness of taxa, equitability and richness estimators nonparametric Chao 1 and Jackknife 1. For structural analysis were determined by the total density and basal area, and the species in diameter classes and high, estimated to determine the projection area and canopy biomass was used the allometric equations, Copa (m2) = 0 , 1939 x diameter (cm) 1.6311 and Biomass Kg = 0.2627 DAP 1.9010. To elaborate the allometric equation of carbon stock, depending on the measures and DNS HT were tested regression models simple and multiple linear, logarithmic, exponential, geometric and power function. All data were processed by the software Native forest 2 and Bioestat 5.0. It was recorded 32 species in 11 families who had a rate of taxon richness and diversity of 4.86 Shannon 2.71. Values considered high when compared with work done on other studies of caatinga. The structural parameters showed low values, density (2.395 planta/ha-1), basal area (6.69 m2/ha-1), average height and diameter (3.52 and 8.67 cm), crown area ( 5872 m2 ha-1) and biomass (16.3 kg ha-1). The dominant species were the shrub layer, confirming that the vegetation in Old Cariris presents a face-sized specimens with "low" and are distributed in a scattered way, it is open, however, their diversity is high probably because we it is a mountainous area, indicating that these areas are conserved and thus play role of buffer zones for these locations. After testing the equation modeling carbon stock, it was observed that the variable total height (HT) when evaluated alone showed low values for the coefficient of determination R2 is not recommended for estimating carbon stock (CS). DNS showed the best correlation with the CS, however, the values obtained for the coefficient of determination were insufficient and can explain only 40% of variations. The combination of the DNS with HT resulted in improvement in the value of the coefficient. The models that were best suited to the type potency (CS = a DNS b) and linear regression and multiple (CS = a + bX), however, the small sample did not arrive at an equation for greater accuracy, which allow us to estimate the potential carbon storage in plants of the caatinga. / Dentre os remanescentes existentes, as áreas serranas ainda não foram caracterizadas quanto a sua composição e estrutura, acredita-se que esses remanescentes abrigam uma elevada diversidade biológica. Objetivando ampliar o conhecimento fitoecológico da caatinga, em especial das áreas serranas, nesse estudo avaliou-se a riqueza de espécies, diversidade e estrutura da comunidade vegetal presente e, através de modelos matemáticos propor a elaboração da equação alométrica para estimativa do estoque de carbono em plantas da caatinga. A localidade do estudo foi a Serra da Arara no município de São João do Cariri, microrregião do Cariri Ocidental. O histórico de uso apontou que há 40 anos ocorreu extração de lenha e atualmente a vegetação encontra-se conservada. Para amostragem fitossociológica foi adotado os critérios de inclusão usuais para esse tipo de vegetação, sendo caracterizada 10 pelo método do ponto-e-quadrante, que consistiu na escolha aleatória de 30 unidades amostrais e em cada uma delas escolhidas 6 plantas-ponto. Os parâmetros calculados de diversidade foram o índice de diversidade de Shannon, riqueza de táxons, equabilidade e os estimadores de riqueza não-paramétricos Chao 1 e Jackknife 1 . Para análise estrutural foram determinadas a densidade total e área basal total, sendo as espécies distribuídas em classes de diâmetro e de altura, para determinação estimada da área de projeção de copa e da biomassa, foi utilizadas as equações alométricas, Copa (m2) = 0,1939 x diâmetro (cm)1.6311 e Biomassa Kg = 0,2627. DAP 1,9010. Para elaboração da equação alométrica de estoque de carbono, em função das medidas de DNS e HT, foram testados os modelos de regressão linear simples e múltipla, logarítmico, exponencial, geométrico e função de potência. Todos os dados foram tratados pelos os softwares Mata nativa 2 e Bioestat 5.0. Registrou-se 32 espécies em 11 famílias que apresentaram um índice de riqueza de táxon de 4,86 e a diversidade de Shannon 2,71. Valores considerados elevados quando comparados com trabalhos realizados em outras fisionomias de caatinga. Os parâmetros de estrutura apresentaram valores baixos, densidade (2.395 planta/ha-1), área basal (6,69 m2/ha-1), altura e diâmetro médios (3,52 m e 8,67 cm), área da copa (5.872 m2 ha-1) e biomassa (16,3 Kg ha-1). As espécies dominantes foram do estrato arbustivo, confirmando-se que a vegetação dos Cariris Velhos apresenta uma fisionomia de espécimes com porte baixo e por se distribuírem de forma esparsa, considerase aberta, no entanto, sua diversidade é alta provavelmente por se tratar de uma área serrana, indicando que estas áreas são mais conservadas e assim desempenham função de zonas tampão para essas localidades. Após os testes de modelagem da equação de estoque de carbono, observou-se que a variável altura total (HT) quando avaliada isoladamente demonstrou baixos valores para o coeficiente de determinação R2, não sendo recomendada para estimar o estoque de carbono (EC). O DNS apresentou melhor correlação com o EC, porém, os valores obtidos para o coeficiente de determinação foram insuficientes, sendo possível explicar apenas 40% das variações. A combinação do DNS com a HT resultou em melhoria no valor do coeficiente. Os modelos que melhor se adequaram foram a função do tipo potência (EC= a DNS b) e a regressão linear simples e múltipla (EC = a + bX), no entanto, a baixa amostragem não permitiu formular uma equação, de maior precisão, que possibilitasse estimar o potencial de estoque de carbono em plantas da caatinga.

Globally land use change (LUC) with increasing in land use intensity has led to a decrease in soil organic matter (SOM). The reduction of soil C stock across LUC has been accompanied by a destabilization of soil structure and increases the soil erosion susceptibility. The destabilized soil structure is also concomitant with a loss of soil biodiversity and in particular, soil macroinvertebrate community. The focus of this dissertation is the effect of LUC with increasing in land use intensity on soil macrofauna, aggregation and SOM allocation. We hypothesized that LUC reduces soil macrofaunal biodiversity and consequently decreases soil engineering processes, resulting in destabilization of soil structure and impairing the ability of soil to physically protect SOM from decomposition inside stable aggregates, finally leading to depleted SOC stocks across LUC. In order to test these hypotheses, we conducted a field survey in 3 chronosequences of land use comprising native vegetation (NV), pasture (PA), and sugarcane crop (SC) in Central-Southern Brazil. This land use sequence provides a gradient of land use intensity and is projected to add 6.4 Mha of new sugarcane areas in Brazil by 2021. At each sampling point soil blocks of 25 X 25 cm and 5 x 5 cm to 10 cm depth were simultaneously collected from 0-10 cm, 10-20 cm, and 20-30 cm soil layers, for macrofauna isolation and aggregate fractionation, respectively. Within a radius of 6 meters around each sampling point, 12 subsamples were also collected from the same soil layers, and combined for total soil C and N concentration. An average reduction of 89% in the density of the soil macrofaunal community was observed when SC replaces PA, and a loss of 39% in the diversity of macrofauna groups. Our findings showed that, over a range of soil textures (16 - 66% clay), such biodiversity loss was strongly correlated with the destabilization of soil structure across LUC, whereas soil texture was not so. These observations consistently indicate that the abundance of detritivore soil animals, especially earthworms and termites, may be a significant predictor of soil structure transformations across LUC in tropical environments. Moreover, the sharp reduction in the abundance of earthworms was strongly positively correlated with the decrease in intra macroaggregate-associated C. As a result, after more than 20 years of sugarcane crop there were losses of 40 and 35% of C and N stocks, respectively, resulting in a rate of C emission of 1.3 Mg ha-1 yr-1. This C loss primarily occurred in the macroaggregate-associated C, as a result of the faster macroaggregate turnover under SC. In summary, the results presented here provide a mechanistic explanation as to why there is soil C depletion when increasing land use intensity in tropical soils: the huge reduction in the abundance of soil engineering invertebrates after LUC impair the ability of soil to physically protect SOM from decomposition inside stable aggregates, and therefore it is a primary mechanism controlling the soil C stocks\' depletion across LUC. / Globalmente mudanças no uso da terra (MUT) com o aumento da intensidade de uso do solo têm levado a uma diminuição da matéria orgânica do solo (MOS). A redução do estoque de C do solo após MUT tem sido acompanhada por uma desestabilização da estrutura do solo e aumento da susceptibilidade a erosão. A desestabilização da estrutura também é concomitante com a perda da biodiversidade do solo e, em particular, da comunidade de macroinvertebrados do solo. O foco deste trabalho é o efeito de MUT com aumento na intensidade de uso do solo sobre a macrofauna do solo, agregação e alocação da MOS. Nossa hipótese é que MUT reduz a diversidade da macrofauna do solo e, conseqüentemente, diminui os processos de engenharia de solo, resultando na desestabilização da estrutura do solo e prejudicando a capacidade do solo para proteger fisicamente a MOS da decomposição dentro de agregados estáveis, finalmente levando a redução dos estoques de C após MUT. Foi realizada uma pesquisa em 3 cronosseqüências de uso da terra que compreendem vegetação nativa (NV), pastagem (PA), e cana-de-açúcar (CA) na região Centro-Sul do Brasil. Esta MUT fornece um gradiente de intensidade de uso do solo e é projetada para adicionar 6,4 Mha de novas áreas de CA no Brasil até 2021. Em cada ponto de amostragem de solo blocos de 25 x 25 cm e 5 x 5 cm a 10 cm de profundidade foram coletados simultaneamente das camadas 0-10 cm, 10-20 cm e 20-30 cm de solo, para isolamento da macrofauna e fracionamento de agregados, respectivamente. Foi observada uma redução média de 89% na densidade da comunidade da macrofauna quando CA substitui PA, e uma perda de 39% da diversidade de grupos. Nossos resultados mostraram que, em um intervalo de texturas do solo (16-66% de argila), tal perda de biodiversidade foi fortemente correlacionada com a desestabilização da estrutura do solo após MUT. Estas observações indicam consistentemente que a abundância de animais detritívoros, especialmente minhocas e cupins, pode ser um preditor significativo de transformações da estrutura do solo em MUT. Além disso, a forte redução na abundância de minhocas foi fortemente e positivamente correlacionada com a diminuição do C alocado intra macroagregados. Como resultado, após mais de 20 anos de cultura de CA houve perdas de 40 e 35% dos estoques de C e N, respectivamente, resultando em uma taxa de emissão de C de 1,3 Mg ha-1 ano-1. Esta perda de C ocorreu principalmente no C associado aos macroagregados, como um resultado da reciclagem mais rápida dos macroagregados sob CA. Em resumo, os resultados aqui apresentados fornecem uma explicação mecanicista a respeito de porque há esgotamento do C do solo quando aumenta-se a intensidade de uso do solo em ambientes tropicais: a enorme redução na abundância de invertebrados \"engenheiros do solo\" após MUT prejudica a capacidade do solo para proteger fisicamente a MOS da decomposição dentro de agregados estáveis, e, portanto, é um mecanismo primário controlando a redução dos estoques de C no solo relacionada a MUT.

O estudo teve por objetivo quantificar o estoque de carbono (C) e biomassa em indivíduos de Sibipiruna (Poincianella pluviosa) na arborização viária de Maringá, PR. A seleção das árvores amostra partiu do banco de dados para supressão da prefeitura municipal. Após fez-se a medição dos indivíduos avaliando-se: altura total (ht), altura da primeira bifurcação (hbif), altura do primeiro galho vivo (hgalho), altura de copa (hc), área de copa (Ac) e diâmetro à altura do peito (DAP). Para as condições do manejo e do meio urbano, consideraram-se: área livre, tipo de poda realizada, fitossanidade, qualidade de copa e tronco. Selecionou-se 24 árvores num intervalo diamétrico de 45,1 a 70,0 cm. Nas árvores abatidas, aferiu-se a biomassa fresca (madeira e casca do tronco, galhos e folhas). Para a copa fez-se uma sub-amostra (10,0 kg) para folhas e galhos finos e retirou-se uma alíquota para determinação do peso seco e teor de C. O peso úmido da copa (folhas e galhos finos), galhos grossos e madeira do tronco foi determinado em balança de carga (10.000,0 kg). Para a amostragem de madeira do tronco, foram retirados 3 discos de 5 cm de espessura na base, DAP e a 90% da altura. A casca foi separada dos discos, pesada e retirada uma alíquota para determinação de massa seca e C. As amostras foram enviadas a Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Campus Dois Vizinhos e secas em estufa de circulação e renovação de ar, a 70,0ºC por 72 horas. Na fração madeira do tronco fez-se uma amostra composta dos discos das árvores. Após, as frações foram pesadas e moídas para análise química. Com base nas relações entre a quantidade de C e biomassa com as variáveis dendrométricas, construíram-se modelos de regressão linear para cada fração. Para o inventário de determinação do estoque de C estratificou o perímetro urbano (zonas norte, sul, centro, leste e oeste) onde se sorteou 10,0% dos bairros, totalizando 23 e realizou-se o censo. Na avaliação da influência do meio e manejo sobre o estoque de C e biomassa empregou-se regressão múltipla verificando-se a interdependência. A quantidade total de biomassa acumulada no perímetro inventariado foi de 1.696,4 Mg e de C foi de 734, 9 Mg, e para o perímetro urbano foi de 16.673 Mg de biomassa e 7.695,6 Mg de C estocados. A zona norte apresentou maior representatividade (53,1%) no estoque de C. A compartimentalização do estoque de C foi: galhos>madeira do tronco>folhas>casca do tronco. Os principais fatores que influenciaram o estoque de C foram: poda de levantamento e copa \"vigorosa\" (folhas); poda de levantamento, copa \"vigorosa\" e tronco \"íntegro\"(galhos); presença de fungos e copa \"vigorosa\" (casca); copa \"vigorosa\" e troncos \"injuriados\" (madeira); poda de levantamento, copa \"vigorosa\" e troncos \"injuriados\" (carbono total). Para a construção de protocolos de sequestro de C em árvores viárias é crucial o estudo do crescimento das árvores no meio urbano para observar as respostas do crescimento destas, e implementação de um manejo adequado para um o contínuo incremento do estoque de C nestas. / The study aimed to quantify sibipiruna trees (Poincianella pluviosa) carbon stock (C) and biomass, planted in the streets of Maringa, PR. Sample trees selection was based on the database for trees removal belonging to Maringá city hall. After that, trees were measured, evaluating: total height (Th), height at first fork (Haff), height of the first live branch (Hoflb), canopy height (Ch), crown area (Ca) and diameter at breast height (DBH). For the management and urban environment conditions, the following parameters were considered: open area, type of pruning, plant health, crown and trunk quality. Twenty-four (24) trees were with a DBH ranging from 45.1 to 70.0 cm, were selected. In felled trees, fresh biomass was measured (wood, bark, branches and leaves). For crown sampling, a sub-sample (10.0 kg) for leaves and fine branches was done and an amount of each component was taken for dry weight and C determination. Crown fresh weight (leaves and fine branches, thick branches and wood) was determined to load balance (10,000.0 kg). Wood sampling was done through disks (5.0 cm thickness) removal in the base, at DBH and at 90% of trunk length. Bark was removed from the disks, weighed and an amount aliquot taken for determination of dry matter and C. Samples were sent to Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Campus Dois Vizinhos and oven (with air renovation and circulation), at 70.0 º C for 72 hours. In wood fraction, a composite sample from the tree\'s disks was done. After that, the fractions were weighed and milled for chemical analysis. Based on the relations between C amount and biomass and the dendrometric variables, were constructed linear regression models for each fraction. Inventory to determine C stock came from urban area stratification (northern, southern, central, east and west) where 10.0% of these neighborhoods were reflled, totalizing twenty-three (23); and them census was done. When evaluating the environment influence and the management on C stock and biomass, a multiple regression was used verifying interdependence. The total biomass accumulation by in the inventoried area was 1696.4 Mg, with 734.9 Mg C and for the urban area was 16,673.0 Mg of biomass and 7,695.6 Mg C storage. Northern area showed higher representativeness (53.1%) in C stock. The compartmentalization of C stock was: branches> wood > leaves> bark. Main factors that influenced the C stocks were: crown lifting pruning and vigorosus crown (leaves); survey crown lifting pruning, vigorosus crown and intact trunk (branches); fungi presence and vigorosus crown (bark); vigorous crown and trunks injuries (wood); crown lifting pruning, vigorosus crown and trunks injuries (total carbon). For the construction of protocols C sequestration in trees road is crucial to study the growth of trees in the urban environment to observe the growth of these answers, and implantation of appropriate management for a continuous increase in C stock these

The dependency on fossil fuels faces resource limitations and sustainability concerns. This situation requires new strategies for greenhouse gas emission management and the development of new sources of energy. This thesis explores fundamental concepts related to carbon geological storage, including CO2-CH4 replacement in hydrate-bearing sediments. In particular it addresses the following phenomena: - Interfacial tension and contact angle in CO2-water-mineral and CH4-water-mineral systems. These data are needed to upscale pore phenomena through the sediment porous network, to define multiphase flow characteristics in enhanced gas recovery operations, and to optimize the injection and storage CO2 in geological formations. - Coupled processes and potential geomechanical implications associated to CH4-CO2 replacement in hydrate bearing sediments. Results include physical monitoring data gathered for CH4 hydrate-bearing sediments during and after CO2 injection. - Performance of cap rocks as trapping structures for CO2 injection sites. This study focuses on clay-CO2-water systems and CO2 breakthrough through highly compacted fine-grained sediments. Long term experiments help evaluate different sediments according to their vulnerability to CO2, predict the likelihood and time-scale of breakthrough, and estimate consequent CO2 leaks.