The predominant land use in Denmark is agriculture, which has had negative effects on the aquatic environment, bothmarine and freshwater, due to excess nutrient runoff and resulting eutrophication. The current condition does not fullfillthe European Water Framework Directive’s goal of ‘Good ecological condition’ in all aquatic environments. InDenmark, forests only account for a small proportion of the land use, and despite an increase over the past twocenturies, the currently small forested area has had negative consequences for biodiversity since a majority of thespecies in Denmark are dependent on forests for habitat. The current efforts do not meet Denmark’s commitment tofulfill the United Nations Convention on Biological diversity. Similar to other countries, Denmark is obligated to reduceits carbon dioxide emissions according to the Paris agreement, with reduction goals of 40 % in 2030 and 80-95% in2050. The aim of the present thesis, is to assess whether reforestation on agricultural land can ensure that Denmarkreaches the international obligations for water quality and biodiversity at the same time as reducing climate impact byincreasing carbon sequestration, without significant land use conflict between agriculture and forest.This aim is pursued through an analysis of spatial data using a Geographical Information System, where threescenarios are created to assess differences in policy priorities.Based on the result of the spatial analysis, carbon sequestration estimates are calculated to assess the extent towhich forests could contribute to reducing the Danish climate impact, by increasing carbon sequestration. Theparameters used in the spatial analysis were found through a literature review, and the data for the spatial analysis wereaccessed in official and university databases.The main findings of the spatial analysis suggest that the areas with the highest potential agricultural value andthe areas with the highest potential for forest ecosystem services are not overlapping to a significant degree. Thisimplies that the areas that would have the highest levels of trade-offs between these goals when transitioning to forest,can continue the current land use without being needed for reforestation. The areas where agricultural value is low, andwhere reforestation would provide high levels of forest ecosystem services, are best suited for land use change. Theseareas were found to cover a substantial part of the study area, varying depending on three different scenarios, and areestimated to have the potential to contribute greatly to Denmark’s international commitments for water quality andbiodiversity. The carbon sequestration estimates show that if an area of approximately 7 % of Zealand was reforested,the sequestered amounts of carbon dioxide would correspond to a large portion of the emissions reductions necessary tofulfill Denmark’s obligations in the Paris Agreement.

The solid product of pyrolysis, called \"biochar\" (BC) in the context of improving soil properties as part of agronomic or environmental management, also got into focus as a climate mitigation strategy. The researcher investigated the effects of BC on soil attributes, nitrogen (N) use and GHG emissions. In Chapter 1 the origin of BC was commented. In Chapter 2, BC from sugarcane straw was characterized, and its priming on native SC was evaluated with the treatments: (T1) Soil; (T2) BC; (T3) Soil + BC 10 Mg ha-1; (T4) Soil + BC 20 Mg ha-1; and (T5) Soil + BC 50 Mg ha-1. In Chapter 3, it was evaluated the combination of BC, filter cake (F) and vinasse (V), in relation to soil attributes and carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) emissions. The treatments were: (T1) Soil + FC + V; (T2) Soil + FC + V + BC 10 Mg ha-1; (T3) Soil + FC + V + BC 20 Mg ha-1; and (T4) Soil + FC + V + BC 50 Mg ha-1. In Chapter 4, the nitrogen (N) use efficiency was investigated in a pot trial under wheat using NH4[15N]O3 and rates of BC, with the treatments: (T1) Soil, with N, no BC; (T2) Soil, with N, BC 10 Mg ha-1; (T3) Soil, with N, BC 20 Mg ha-1; and (T4) Soil, with N, BC 50 Mg ha-1. BC had C and N contents higher compared to the feedstock. Total K, Mg and P also increased. The lowest CO2 fluxes were for BC, and CO2 from soil and soil + BC did not differ. The highest CO2 - C4 was in the first day, and there were no differences in the CO2 - C3. The BC presents characteristics to improve soil attributes. BC stability is an opportunity to reduce CO2 emissions. In Chapter 3, soil pH, P and base contents increased and Al3+ decreased with BC to sandy soil. Impacts of BC on the CEC were higher in sandy soil. Mineral N decreased with BC. Cumulative CO2 in T1 were higher in sandy and clayey soils than the control. T2 and T3 in sandy soil increased CO2 emissions, but T4 did not differ from T1. BC reduced N2O emissions from sandy and clayey soils relative to T1. BC with FC and V affected pH, CEC, P and base contents. However, those effects were higher in sandy soil. The BC supressed N2O from V and FC. In Chapter 4, BC decreased N2O from N fertilization compared to only N fertilizer. T4 had higher tillering and grain yield. Also, T2 to T4 had higher 100-grain weight and shoot. T3 and T4 had the highest N in grains. The application of BC to soil improves N availability and use efficiency, enhances grain yields and reduces N2O from N fertilization. This study opened encouraging perspectives to the evaluation of sugarcane straw BC to improve soil quality and mitigate GHG emissions. / O produto sólido da pirólise, denominado \"biochar\" (BC) no contexto da melhoria nos atributos do solo como parte do manejo agrícola e ambiental, também tem se destacado na mitigação das mudanças climáticas. O pesquisador investigou os efeitos do BC nos atributos do solo, uso do nitrogênio (N) e emissões de GEE. No Cap. 1 comentou-se a origem do BC. No Cap. 2, caracterizou-se o BC de palha de cana-de-açúcar e avaliou-se o potencial de decomposição do C do solo, com os tratamentos: (T1) Solo; (T2) BC; (T3) Solo + BC 10 Mg ha-1; (T4) Solo + BC 20 Mg ha-1 (T4); e (T5) Solo + BC 50 Mg ha-1. No Cap. 3, avaliou-se a combinação BC, torta de filtro (TF) e vinhaça (V) em atributos do solo e fluxos de dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e óxido nitroso (N2O) nos tratamentos: (T1) Solo + TF + V; (T2) Solo + TF + V + BC 10 Mg ha-1; (T3) Solo + TF + V + BC 20 Mg ha-1; e (T4) Solo + TF + V + BC 50 Mg ha-1. No Cap. 4 investigou-se a eficiência de uso do N num experimento em vasos com trigo usando NH4 [15N]O3 e doses de BC, com os tratamentos: (T1) Solo, com N, sem BC; (T2) Solo, com N, BC 10 Mg ha-1; (T3) Solo, com N, BC 20 Mg ha-1; e (T4) Solo, com N, BC 50 Mg ha-1. Os teores de C e N do BC foram maiores comparado à biomassa. K, Mg e P totais também aumentaram. Os menores fluxos de CO2 foram do BC. O CO2 do solo e solo + BC não diferiram. Observou-se maior CO2 - C4 no primeiro dia de incubação, porém sem diferenças no CO2 - C3. O BC apresenta características para melhorar atributos do solo e reduzir as emissões de CO2. No Cap. 3, pH, P e bases aumentaram e o Al3+ diminuíu com o BC. Os impactos do BC na CTC foram maiores em solo arenoso. O N mineral diminuíu com o BC. O CO2 acumulado no T1 foi maior nos solos arenoso e argiloso comparado ao controle. O T2 e T3 aumentaram o CO2 acumulado do arenoso relativo ao T1, enquanto T4 e T1 não diferiram. O BC reduziu as emissões de N2O pelos solos arenoso e argiloso comparado ao T1. O BC combinado à TF e V afetaram pH, CTC, P e bases do solo arenoso. O BC suprimiu o N2O de solos com V e TF. No Cap. 4, o BC diminuíu as emissões de N2O comparado ao fertilizante N apenas. T4 teve rendimento de grãos superior ao T1. T2 a T4 apresentaram maior peso de 100 grãos e biomassa aérea. T3 e T4 tiveram maior N em grãos. O BC melhora o uso do N, a produção de grãos e reduz o N2O de fertilizante N, abrindo perspectivas para a avaliação do BC de palha de cana-de-açúcar na melhoria da qualidade do solo e mitigar das emissões de GEE.

O estudo foi dividido em quatro partes. Na primeira parte analisou-se o impacto do clima na estocagem de carbono em solos de canaviais sem a queima da palhada. Foram escolhidos três regimes climáticos contrastantes do centro-sul do Brasil. O potencial de seqüestro de carbono orgânica no solo (COS) foi determinado, em cada regime climático, de acordo com a taxa anual de carbono remanescente no solo proveniente da palhada depositada. Para obter esta taxa, compararam-se os estoques de COS em canaviais com e sem queima da palhada. Esse ganho anual foi comparado com a entrada anual de carbono via palhada depositada. O ganho anual de COS (0-30 cm) em canaviais sem queima da palhada não resultou em diferenças significativas por clima: 1, 97 Mg ha-1 (clima norte), 2,00 Mg ha-1 (clima centro) e 1,70 Mg ha-1 (clima sul). Os regimes climáticos estudados também não revelaram diferenças significativas entre suas temperaturas e precipitações médias anuais. Porém, o aumento anual de COS um pouco menor no clima sul levou à conclusão que o potencial de seqüestro de carbono diminui ligeiramente em latitudes mais altas, devido à maior precipitação no centro-sul do Brasil. Na segunda parte avaliou-se o impacto da palhada sobre a estabilidade de agregados dos solos, que foi calculada pelo método de fracionamento proposto por Six et al. (2000a). A estabilidade de agregados no solo do canavial sem a queima da palhada aumentou, em média, 15,3% por ano na profundidade 0-30 cm. Na terceira parte, avaliou-se a diferença da estabilidade de agregados entre canaviais e mata nativa. O solo da mata nativa mostrou uma estabilidade de agregados significativamente maior (7,2 vezes). Supõe-se que a estabilidade de agregados seja maior na mata nativa como resultado da maior presença de matéria orgânica e biota no solo. Na quarta parte avaliou-se a origem do carbono nos agregados estáveis em água de fluxo contínuo para determinar que forma de agregação possui a melhor proteção contra a decomposição de carbono. Houve uma diferença significativa de \'delta\'13C entre os macroagregados e microagregados na camada superior, com 10% mais \'delta\'13C nos macroagregados. Isto indica mais carbono derivado da cobertura vegetal atual (C4), ou seja, mais incorporação da palhada nos macroagregados. O \'delta\'13C da fração de partículas livres ou agregados não estáveis em água de fluxo contínuo é menor em todas as profundidades, indicando que a matéria orgânica recente (C4) encontra-se no solo principalmente de forma agregada estável em água, evidenciando seu papel fundamental na estabilidade dos agregados. Constatou-se também, que quanto mais novo o macroagregado, maior o seu teor em carbono. Nos microagregados verificou-se o efeito contrário. Quanto mais velho o microagregado, maior o seu teor em carbono. Isso indica que o microagregado possui uma melhor proteção contra a decomposição de carbono, e também a capacidade de um aumento no teor de carbono, no decorrer do tempo, em virtude da assimilação de carbono mais novo. Conclui-se, que em termos de seqüestro de carbono de longa duração, é propício avaliar mecanismos de proteção do carbono recalcitrante dentro dos microagregados e estudar como técnicas agrícolas podem proteger melhor esta fração / The study was divided in four parts. The first part investigated climate impact on soil carbon stocks in sugar cane fields cultivated without green trash burning. For this purpose, three contrasting climates were chosen in Central and Southern Brazil. The sequestration potential of soil organic carbon (SOC) was determined for each climate, calculating how much of the carbon derived from deposited green trash remains in the soil every year. To obtain this rate, SOC stocks of sugar cane fields cultivated with and without green trash burning were compared. The annual difference (0-30 cm) did not differ significantly between climates: 1, 97 Mg ha-1 (Northern Climate), 2,00 Mg ha-1 (Central Climate) and 1,70 Mg ha-1 (Southern Climate). The climates did not show significant differences between their average annual temperatures and their annual precipitation. Nevertheless, a slightly smaller gain of SOC stocks in the Southern Climate leads to the conclusion that higher latitudes tend to stock slightly less COS due to higher annual precipitation. The second part evaluated the impact of green trash deposition on soil aggregate stability, which was calculated according to Six et al. (2000a). Soil aggregate stability under sugar cane fields cultivated with green trash burning had an average increase of 15,3% for soil depth 0-30 cm. The third part studied soil aggregate stability between sugar cane and natural forest vegetation. The forest soil revealed significantly higher (7,2 times) aggregate stability, supposedly due to higher organic matter content and more soil biota. The forth part examined the origin of carbon inside water-stable aggregates to determine which aggregation form provides better protection against carbon decomposition. The top soil layer showed a significant difference in \'delta\'13C between macro-aggregates (10% more \'delta\'13C) and microaggregates which means that more carbon derived from green trash (C4) was incorporated in macro-aggregates. \'delta\'13C of free soil particles or water-unstable aggregates is smaller for all soil layers indicating that fresh organic matter (green trash) is predominantly encountered in a water stable aggregated form in the soil. Furthermore, a correlation analysis revealed that more recent macro-aggregates had higher C content. The opposite was observed for micro-aggregates: the older the micro-aggregate, the higher its carbon content, leading to the conclusion that microaggregates protect carbon better against decomposition and are also capable to enrich their carbon pool through C assimilation. Given its long-term soil carbon sequestration potential, it is recommended to investigate carbon protection mechanisms for the recalcitrant C pool in micro-aggregates and also to study how agricultural techniques could improve the protection of the recalcitrant C pool

A quantificação de biomassa e carbono em florestas requer a aplicação de métodos adequados para se obter estimativas confiáveis de seus estoques. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar a aplicação de alguns métodos utilizados para a predição e estimação dessas variáveis em florestas nativas e restauradas da Mata Atlântica. Para isso, um primeiro capítulo aborda o uso do índice de vegetação NDVI como ferramenta auxiliar no inventário de estoques de biomassa em áreas de restauração florestal. Diferentes métodos de amostragem foram comparados em termos de precisão e conservadorismo das estimativas. Os resultados demonstraram que o NDVI apresentou adequada correlação com a biomassa estimada nas parcelas do inventário florestal instaladas em campo, sendo viável sua aplicação, seja para auxiliar na determinação de estratos, na aplicação da amostragem estratificada, seja como variável suplementar na utilização de um estimador de regressão relacionando-o à biomassa, no procedimento da amostragem dupla. Este último método, possibilitou minimizar as incertezas acerca das estimativas, valendo-se de uma intensidade amostral reduzida, fato que torna seu uso interessante, principalmente aos estudos em escala ampla, de modo a aumentar a confiabilidade das quantificações de estoques de carbono presentes na biomassa florestal, a custos de inventário reduzido. Um segundo capítulo discute a abordagem metodológica utilizada para inferir sobre a qualidade de modelos preditivos quando da seleção de modelos concorrentes para a aplicação em estudos de biomassa de florestas nativas. Para tanto, seis modelos considerando diferentes combinações de variáveis preditoras, incluindo diâmetro, altura total e alguma informação relativa à densidade da madeira, foram construídos a partir de dados de uma amostra de 80 árvores. As equações de predição de biomassa seca geradas por estes modelos foram avaliadas quanto à sua qualidade de ajuste e desempenho de aplicação. Neste segundo caso, aplicando-as aos dados de outra amostra composta por 146 árvores presentes em nove parcelas destrutivas instaladas em diferentes estágios sucessionais da floresta, de modo a possibilitar a avaliação dos vieses preditivos. No intuito de se verificar as discrepâncias nas estimativas de biomassa devido à aplicação das diferentes equações de predição de biomassa, as equações desenvolvidas, junto a outras disponíveis na literatura, foram aplicados aos dados de um inventário florestal realizado na área estudada. O estudo confirma a natureza empírica destas equações, atentando para a necessidade de prévia avaliação de seu desempenho de predição antes de sua aplicação, em especial, das ajustadas com amostras de outras florestas, expondo alguns dos principais fatores associados às causas de incertezas nas quantificações dos estoques de biomassa nos estudos realizado em florestas nativas. / The biomass and carbon quantification requires the application of appropriate methods to obtain reliable estimates of their stocks in natural and planted forests. The aim of this study was to evaluate different applicable methods to estimate biomass in both, natural and restored Atlantic Forests. The first chapter discusses the use of the vegetation index (NDVI) as an auxiliary tool in the inventory of biomass stocks in forest restoration areas. Different sampling methods were compared in terms of its accuracy and conservativeness. The results shown an adequate correlation between the vegetation index and the measured biomass, making the NDVI applicable either as supporting decision tool to define strata in the stratified sampling or as a predictor in the double sampling procedure. The last method allowed to the minimization of the uncertainties related to the biomass estimation combined to the reduction of sampling efforts. It makes the approach very interesting, especially in the context of large-scale surveys. The second chapter discusses the methodological approach used to evaluate the quality of predictive models applied to biomass studies in natural forests. For this, six models were fitted from 80 sample trees, using different combinations of predictor variables, such as, total height and information of wood density. The predictive equations generated by the models were evaluated according to their quality of fit and prediction performance. In order to evaluate its prediction performance, the equations were applied to the dataset of another 146 sample trees measured in nine destructive sample plots. The plots were located in different forest successional stages allowing the evaluation of model predictive bias among the stages. A third step of the analysis was the application of literature equations to a dataset of a forest inventory conducted in the study area, in order to verify the discrepancies in the estimates due to the use of these different models. The study confirms the empirical nature of the biomass equations and the need of previous evaluation in terms of prediction performance. This conclusion is even more relevant when we consider the equations that were obtained from other forests types, exposing some of the key factors associated to the causes of uncertainty in the biomass estimation applied to natural forests.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-04-18T16:00:57Z No. of bitstreams: 1 Tatiane Isabel Hentges_.pdf: 11562616 bytes, checksum: 76c15f0e9ee280811a91bbb6d05b0494 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-18T16:00:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tatiane Isabel Hentges_.pdf: 11562616 bytes, checksum: 76c15f0e9ee280811a91bbb6d05b0494 (MD5) Previous issue date: 2018-03-15 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / PROSUP - Programa de Suporte à Pós-Gradução de Instituições de Ensino Particulares / Pesquisas vêm desenvolvendo formas de mitigar os efeitos da absorção de água de agregados graúdos reciclados quando inseridos em novas misturas de concreto, de forma que as características mecânicas e de durabilidade desses agregados e dos concretos que o empregam sejam melhoradas. Destacam-se, nesse sentido, a carbonatação e a impregnação em solução de pozolanas. Este trabalho teve como objetivo avaliar o tratamento do agregado graúdo reciclado de concreto através da carbonatação e da impregnação de microfinos de cerâmica vermelha (MCV), para emprego em misturas de concreto. Para avaliação do tratamento do AGRC foi executada absorção de água dos agregados, abatimento ao longo do tempo e resistividade elétrica dos concretos no estado fresco, além de resistência à compressão e absorção de água por capilaridade no estado endurecido. Foi, ainda, realizada análise por microscópio eletrônico de varredura dos agregados e da zona de transição com novas argamassas. Por último, foi realizada análise da redução nas gerações de gás carbônico devido ao uso de AGRCs e à carbonatação. Como resultados, tem-se a redução da absorção de água dos agregados, verificada também pela resistividade elétrica no estado fresco. O abatimento ao longo do tempo não apresentou diferenças significativas com a alteração no tipo de agregado utilizado. As propriedades mecânicas dos concretos contendo AGRC tratado com MCV são comparáveis às de concretos contendo apenas agregados naturais e os concretos contendo AGRC carbonatados não reduzem significativamente as resistências. A absorção de água por capilaridade foi reduzida ao empregar concretos com agregados carbonatados e aumentou para os concretos com AGRC tratado com MCV, de forma similar a outros trabalhos que empregaram pozolanas. Analisando-se as emissões de CO2 isoladamente por parte dos agregados reciclados, verifica-se a redução de 40% com o emprego desses e de 49% com a carbonatação dos mesmos. Por outro lado, quando verificada a ecoeficiência das emissões por MPa considerando o consumo de cimento, essa diferença é reduzida de forma que as emissões relativas se apresentam com valores similares. / Research has been developing ways to mitigate water absorption effects from recycled concrete aggregates use in new concrete mixtures, so that the mechanical and durability characteristics of these aggregates and the concretes that use it are improved. In this sense, the carbonation and impregnation in solution of pozzolans are highlighted. This study aimed to evaluate the treatment of coarse recycled concrete aggregate (CRCA) by carbonation and impregnation of red ceramic microfines (RCM) powder for use in concrete mixtures. To evaluate the treatment of the CRCA, water absorption of the aggregates, reduction over time and electrical resistivity of the concretes in the fresh state were performed, as well as compressive strength and water absorption by capillarity in the hardened state. It was also carried out by scanning electron microscope of the aggregates and the transition zone with new mortars. It was also performed by analysis of scanning electron microscope aggregates and the transition zone with new mortar. Finally, was conducted analysis of the reduction in the generation of carbon dioxide from the use of CRCAs and carbonation. As results, there is a reduction in the water absorption of the aggregates, also verified by the electrical resistivity in the fresh state. The slump loss did not present significant differences by changes on aggregate type used. The mechanical properties of the concrete containing CRCA treated by RCM are comparable to those of concrete containing only natural aggregates, and the concrete containing carbonated CRCAs do not significantly reduce the strengths. The capillary water absorption was reduced when using concrete with carbonate aggregates and increased for concrete with CRCA treated with RCW, in a similar way to other works that used pozolanas. Analyzing CO2 emissions alone from the recycled aggregates, the reduction of 40% is achieved using these and 49% by the carbonation of them. On the other hand, when the eco-efficiency of the emissions per MPa is verified considering the cement consumption, this difference is reduced so that the relative emissions present themselves with similar values.

[pt] O sequestro de dióxido de carbono (CO2) em campos de petróleo já desenvolvidos é considerado uma das opções para mitigar o CO2 antropogênico expelido na atmosfera. O CO2 tem sido utilizado como fluido de injeção em operações de recuperação avançada de petróleo com CO2 (CO2-EOR). Como parte deste processo, o CO2 reage com o óleo que expande seu volume, reduz sua viscosidade e a tensão interfacial CO2/óleo, tornando mais fácil sua recuperação. Enquanto, quantidades significativas de CO2 ficam retidas no reservatório. O objetivo desses projetos é maximizar a produção de óleo, minimizando a injeção de CO2. No entanto, em projetos de sequestro para maximizar a produção de óleo com a maior quantidade de armazenamento de CO2, o gás injetado requer ser maximizado. O objetivo desta pesquisa é entender melhor o potencial tanto para a recuperação avançada de óleo e armazenamento de CO2, por meio da simulação da CO2-EOR. Para atingi-lo propõe-se os seguintes objetivos específicos: (1) caracterização dos fluidos, modelagem do comportamento de fases dos fluidos usando a equação de estado (EOS) para aplicação confiável na simulação composicional; (2) investigar diferentes processos EOR, injeção contínua de gás (CGI) e injeção alternada de água e gás (WAG); e, (3) otimização do desempenho do processo CO2-EOR e a avaliação da capacidade de armazenamento de CO2 durante a produção de óleo. Os seguintes parâmetros foram considerados no estudo da otimização: i) miscibilidade; ii) a injeção cíclica; iii) a taxa de injeção e produção; iv) segregação gravitacional; v) tipo, número e locação dos poços de injeção e produção; e, vi) razão de WAG e tamanhos dos slugs. São necessárias um grande número de simulações para alcançar uma compreensão abrangente e avaliar as diferentes estratégias de injeção e tempo de injeção, em otimização de recuperação de óleo e capacidade de armazenamento de CO2. / [en] Sequestration of carbon dioxide (CO2) into already developed oil fields is considered as one of the option for mitigating anthropogenic CO2 discharge into the atmosphere. In Carbon dioxide Enhance Oil Recovery (CO2-EOR) operations the CO2 has been used as the injection fluid. As part of this process, the CO2 reacts with the oil that increases its volume, reduces its viscosity and interfacial tension CO2/oil, making easier oil recovery. While, significant quantities of CO2 remain sequestered in the reservoir. The goal of such projects is maximizing the oil production and minimizing the CO2 injection. However, in sequestration projects, for maximum oil production with the highest amount of CO2 storage, the injected CO2 requires to be maximized. The goal of this research is to better understand the potential for both enhanced oil recovery and storage of CO2, through the CO2-EOR simulation. To achieve it propose the following specific objectives: (1) the characterization fluids, modeling of fluid phase behavior using equation of state (EOS) for reliable application on the compositional simulation; (2) investigate different EOR processes, continuous gas injection (CGI) and water alternating gas (WAG) injection; and, (3) optimization the CO2-EOR process performance and evaluation of the CO2 storage capacity during oil production. The following parameters were considered in the optimization study: i) miscibility; ii) cyclic injection; iii) injection and production rate; iv) gravity override; v) type, number and location of injection and production wells; and, vi) WAG ratios and WAG slug sizes. A number of simulations are required to achieve comprehensive understanding and evaluate the different injection strategies and injection timing, on optimization of oil recovery and CO2 storage capacity.

The solid product of pyrolysis, called \"biochar\" (BC) in the context of improving soil properties as part of agronomic or environmental management, also got into focus as a climate mitigation strategy. The researcher investigated the effects of BC on soil attributes, nitrogen (N) use and GHG emissions. In Chapter 1 the origin of BC was commented. In Chapter 2, BC from sugarcane straw was characterized, and its priming on native SC was evaluated with the treatments: (T1) Soil; (T2) BC; (T3) Soil + BC 10 Mg ha-1; (T4) Soil + BC 20 Mg ha-1; and (T5) Soil + BC 50 Mg ha-1. In Chapter 3, it was evaluated the combination of BC, filter cake (F) and vinasse (V), in relation to soil attributes and carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) emissions. The treatments were: (T1) Soil + FC + V; (T2) Soil + FC + V + BC 10 Mg ha-1; (T3) Soil + FC + V + BC 20 Mg ha-1; and (T4) Soil + FC + V + BC 50 Mg ha-1. In Chapter 4, the nitrogen (N) use efficiency was investigated in a pot trial under wheat using NH4[15N]O3 and rates of BC, with the treatments: (T1) Soil, with N, no BC; (T2) Soil, with N, BC 10 Mg ha-1; (T3) Soil, with N, BC 20 Mg ha-1; and (T4) Soil, with N, BC 50 Mg ha-1. BC had C and N contents higher compared to the feedstock. Total K, Mg and P also increased. The lowest CO2 fluxes were for BC, and CO2 from soil and soil + BC did not differ. The highest CO2 - C4 was in the first day, and there were no differences in the CO2 - C3. The BC presents characteristics to improve soil attributes. BC stability is an opportunity to reduce CO2 emissions. In Chapter 3, soil pH, P and base contents increased and Al3+ decreased with BC to sandy soil. Impacts of BC on the CEC were higher in sandy soil. Mineral N decreased with BC. Cumulative CO2 in T1 were higher in sandy and clayey soils than the control. T2 and T3 in sandy soil increased CO2 emissions, but T4 did not differ from T1. BC reduced N2O emissions from sandy and clayey soils relative to T1. BC with FC and V affected pH, CEC, P and base contents. However, those effects were higher in sandy soil. The BC supressed N2O from V and FC. In Chapter 4, BC decreased N2O from N fertilization compared to only N fertilizer. T4 had higher tillering and grain yield. Also, T2 to T4 had higher 100-grain weight and shoot. T3 and T4 had the highest N in grains. The application of BC to soil improves N availability and use efficiency, enhances grain yields and reduces N2O from N fertilization. This study opened encouraging perspectives to the evaluation of sugarcane straw BC to improve soil quality and mitigate GHG emissions. / O produto sólido da pirólise, denominado \"biochar\" (BC) no contexto da melhoria nos atributos do solo como parte do manejo agrícola e ambiental, também tem se destacado na mitigação das mudanças climáticas. O pesquisador investigou os efeitos do BC nos atributos do solo, uso do nitrogênio (N) e emissões de GEE. No Cap. 1 comentou-se a origem do BC. No Cap. 2, caracterizou-se o BC de palha de cana-de-açúcar e avaliou-se o potencial de decomposição do C do solo, com os tratamentos: (T1) Solo; (T2) BC; (T3) Solo + BC 10 Mg ha-1; (T4) Solo + BC 20 Mg ha-1 (T4); e (T5) Solo + BC 50 Mg ha-1. No Cap. 3, avaliou-se a combinação BC, torta de filtro (TF) e vinhaça (V) em atributos do solo e fluxos de dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e óxido nitroso (N2O) nos tratamentos: (T1) Solo + TF + V; (T2) Solo + TF + V + BC 10 Mg ha-1; (T3) Solo + TF + V + BC 20 Mg ha-1; e (T4) Solo + TF + V + BC 50 Mg ha-1. No Cap. 4 investigou-se a eficiência de uso do N num experimento em vasos com trigo usando NH4 [15N]O3 e doses de BC, com os tratamentos: (T1) Solo, com N, sem BC; (T2) Solo, com N, BC 10 Mg ha-1; (T3) Solo, com N, BC 20 Mg ha-1; e (T4) Solo, com N, BC 50 Mg ha-1. Os teores de C e N do BC foram maiores comparado à biomassa. K, Mg e P totais também aumentaram. Os menores fluxos de CO2 foram do BC. O CO2 do solo e solo + BC não diferiram. Observou-se maior CO2 - C4 no primeiro dia de incubação, porém sem diferenças no CO2 - C3. O BC apresenta características para melhorar atributos do solo e reduzir as emissões de CO2. No Cap. 3, pH, P e bases aumentaram e o Al3+ diminuíu com o BC. Os impactos do BC na CTC foram maiores em solo arenoso. O N mineral diminuíu com o BC. O CO2 acumulado no T1 foi maior nos solos arenoso e argiloso comparado ao controle. O T2 e T3 aumentaram o CO2 acumulado do arenoso relativo ao T1, enquanto T4 e T1 não diferiram. O BC reduziu as emissões de N2O pelos solos arenoso e argiloso comparado ao T1. O BC combinado à TF e V afetaram pH, CTC, P e bases do solo arenoso. O BC suprimiu o N2O de solos com V e TF. No Cap. 4, o BC diminuíu as emissões de N2O comparado ao fertilizante N apenas. T4 teve rendimento de grãos superior ao T1. T2 a T4 apresentaram maior peso de 100 grãos e biomassa aérea. T3 e T4 tiveram maior N em grãos. O BC melhora o uso do N, a produção de grãos e reduz o N2O de fertilizante N, abrindo perspectivas para a avaliação do BC de palha de cana-de-açúcar na melhoria da qualidade do solo e mitigar das emissões de GEE.

Forests are a valuable resource for humans providing a range of products and services such as construction timber, paper and fuel wood, recreation, as well as living quarters for indigenous populations and habitats for many animal and bird species. Most recent international political agreements such as the Kyoto Protocol emphasise the role of forests as a major sink for atmospheric carbon dioxide mitigation. However, forest areas are rapidly decreasing world wide. Thus, it is vital that efficient strategies and tools are developed to encourage sustainable ecosystem management. These tools must be based on known ecological principles (such as tree physiological and soil nutrient cycle processes), capable of supplying fast and accurate temporal and spatial predictions of the effects of management on both timber production and carbon sequestration. This thesis had two main objectives. The first was to investigate the environmental factors affecting growth and carbon sequestration of Scots pine (Pinus sylvestris L.) across Scotland, by developing a knowledge base through a statistical analysis of old and novel field datasets. Furthermore, the process-based ecosystem model 3-PGN was developed, by coupling the existing models 3-PG and ICBM. 3-PGN calibrated using a Bayesian approach based on Monte Carlo Markov Chain simulations and it was validated for plantation stands. Sensitivity and uncertainty analyses provided an understanding of the internal feedbacks of the model. Further simulations gave a detailed eco-physiological interpretation of the environmental factors affecting Scots pine growth and it provided an assessment of carbon sequestration under the scenario of sustainable, normal production and its effects from the environment. Finally, the study investigated the spatial and temporal patterns of timber production and carbon sequestration by using the spatial version of the model and applying advanced spatial analyses techniques. The second objective was to help close the gap between environmental research and forest management, by setting a strategic framework for a process-based tool for sustainable ecosystem management. The thesis demonstrated the procedures for a site classification scheme based on modelling results and a yield table validation procedure, which can provide a way forward in supporting policies for forest management and ensuring their continued existence in the face of the present and future challenges.

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

O aumento da concentração de CO2 na atmosfera nas últimas décadas e sua relação com o aquecimento global tem sido amplamente debatido nos meios acadêmicos. Paralelamente, o Brasil aparece como um dos grandes responsáveis pela emissão de gases estufa em decorrência do desmatamento. Buscando apoiar ações públicas, privadas e sociais e responder a questões ligadas ao papel de reflorestamentos mistos na absorção de carbono atmosférico e nas mudanças dos atributos do solo, este trabalho objetivou avaliar o estoque de carbono, o desenvolvimento florestal e os atributos edáficos em dois sistemas contrastantes de restauração florestal (Floresta Estacional Semidecidual). Foi analisado um experimento implantado em 1997, em Nitossolo Vermelho e Argissolo Vermelho-Amarelo, avaliando três tratamentos em blocos casualizados, com três repetições em cada sítio: Controle (regeneração natural), Baixa Diversidade (semeadura direta) e Alta Diversidade (plantio por mudas). Dois locais com Floresta Nativa serviram de referência para os atributos do solo. Na camada de 0-40 cm, o Nitossolo tem textura argilosa e boa fertilidade e o Argissolo é arenoso com média fertilidade. Os atributos físicos e químicos do solo apresentaram alterações entre 1998 e 2010, com diferenças entre a Floresta Nativa e os demais tratamentos. Para as duas áreas experimentais, a relação C:N e o carbono da biomassa microbiana dos solos nos modelos de restauração se assemelharam ao Floresta Nativa, indicando que as atuais condições favorecem a ciclagem de nutrientes. Apesar disto, para os atributos químicos do solo avaliados, as diferenças entre a Floresta Nativa e os demais tratamentos continuam a existir, mesmo após 10 anos da implantação, devendo ser gradativo o retorno da fertilidade à condição pré-existente, com influência dos plantios. Os modelos de reflorestamento tiveram diferença significativa quanto ao desenvolvimento florestal. Nos primeiros dez anos, além de incrementar os processos de sucessão natural, o sistema de Baixa Diversidade proporcionou uma maior e melhor edificação da estrutura horizontal e vertical que o de Alta Diversidade, refletida numa maior produção de biomassa seca. O desenvolvimento das árvores no Alta Diversidade foi favorecido em solo de boa fertilidade. Numa análise conjunta, os solos de boa e média fertilidade não se diferenciaram em termos de desenvolvimento arbóreo, que pode estar mais relacionado à alta competição com invasoras. A partir do décimo ano a produtividade primária líquida se estabilizou para o modelo de reflorestamento com baixa diversidade de espécies sobre o solo arenoso de média fertilidade, indicando a necessidade de intervenção. A biomassa arbórea em sítio de média fertilidade com baixa diversidade de espécies nativas se apresentou como um importante reservatório de carbono. Em solo argiloso de boa fertilidade o principal reservatório de carbono foi o abaixo do solo. O reflorestamento com baixa diversidade de espécies arbóreas mostrou um elevado potencial e capacidade de estoque de carbono em sistemas florestais, maior do que o reflorestamento com alta diversidade. Ambos os modelos/técnicas de restauração têm suas vantagens e desvantagens, as quais devem ser consideradas nos processos de mitigação do aquecimento global e da restauração da biodiversidade da Mata Atlântica em larga escala. / The increase of CO2 concentration in the atmosphere over the last decades and its relation to global warming has been largely documented by scientists. In parallel, deforestation in Brazil accounts for most emissions of greenhouse gases. Attempting to support public, private and social actions as well as to answer the questions concerning the role of mixed reforestation in the absorption of CO2 and changes of soil attributes, this study aimed to assess the carbon stock, forest development and soil changes in two different systems of forest restoration. We evaluated an experiment undertaken in 1997, in a red Alfisol and a red-yellow Ultisol, evaluating three treatments in a randomized block design with three replications in each site: Control (natural regeneration), Low Diversity (direct seeding) and High Diversity (seedlings). Two sites with Native Forest were used as reference for the soil attributes. In the first layer (0-40 cm) the Alfisol has a clay texture with good fertility and Ultisol is sandy with medium fertility. The physical and chemical soil properties showed changes from 1998 to 2010 and differences between the Native Forest and the other treatments were evident. For both experimental areas, the C:N ratio of soils in reforestation models is similar to that in the native forest. The increase in carbon in soil microbial biomass indicates that current conditions may favor the decomposition of soil organic matter. For the soil properties evaluated, the differences between the Native Forest and the other treatments still exist and leading to a gradual return of fertility to the pre-existing condition, influenced by plantations. The forestry development had significant differences among the reforestation models. In the first ten years, besides increasing the processes of natural succession, the lower diversity model provided a better horizontal and vertical structure than the high diversity model, reflected in increased biomass production. The development of trees in the high diversity model was favored in soil of good fertility. In a pooled analysis, the high and medium fertility soil do not differ in terms of tree development, which may be more related to weed competition. After the tenth year, the net primary production has stabilized in the low diversity restoration model on the medium fertility sandy soil, requiring management intervention. The tree biomass in the site of medium fertility with low diversity of native species is presented as a major carbon pool. In clayey soil of good fertility the main carbon pool is underground. Reforestation with low diversity of tree species has a high potential and capacity of carbon stocking in forest ecosystems, higher than that of high diversity reforestation model. Both models and restoration techniques have advantages and disadvantages, which should be considered in the process to mitigate global warming and to restore biodiversity of the Atlantic Forest on a larger scale.