Orientadores: Luiz Henrique Antunes Rodrigues, Fabio Cesar da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-03T17:13:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bergamasco_AlessandraFabiola_M.pdf: 1640078 bytes, checksum: 2a52450426509110caa5f1baa1bf044e (MD5) Previous issue date: 2003 / Mestrado

A expansão agrícola tem provocado modificações expressivas na dinâmica de nitrogênio (N) em sistemas tropicais. No Brasil, a expansão dos cultivos de soja é uma realidade e, portanto, investigações a cerca dos processos que controlam o ciclo de nitrogênio nestes sistemas são fundamentais. A fixação biológica de nitrogênio (FBN) por leguminosas pode promover aportes significativos de N nos sistemas agrícolas em solos tropicais, no entanto, o destino destes aportes e o balanço entre entradas e saídas de N não é completamente entendido. Este trabalho teve como objetivo investigar comparativamente a dinâmica de nitrogênio em cultivos de soja e floresta no estado de Mato Grosso, sudeste da Amazônia. Foram determinados o \'delta\'15N e %N do solo e da vegetação, estoques de N e C, N-NO3-, N-NH4+, bem como outras propriedades químicas e físicas do solo em áreas de floresta e em áreas submetidas a cultivos de soja ao longo de uma cronosequência (1, 2, 5 e 6 anos de cultivo). Foram realizadas estimativas de FBN (Fixação Biológica de Nitrogênio) em cultivos de soja utilizando a abundância natural de 15N sob condições de campo. A conversão das áreas de cultivo partiu de pastagem, sendo esta área utilizada como referência inicial quanto aos estoques de N e ao \'delta\'15N do solo. Foi observado um aumento significativo nos estoques de nitrogênio do solo (0 a 10cm) ao longo dos anos de cultivo de soja, estes no entanto, foram menores que os estoques encontrados na floresta. Os estoques de N no solo (0-10cm) variaram de 1230 kg N ha-1 na pastagem a 1370 kg N ha-1 nos cultivos mais antigos. O acúmulo anual de N pela soja foi de 158,6 kg N ha-1 nos cultivos mais antigos, do qual 79% foi derivado da FBN. Não foram encontradas diferenças significativas nas taxas de mineralização e nitrificação líquida entre as áreas, no entanto, altos valores de N-NO3- foram encontrados nas camadas mais profundas de solo em cultivos de soja. Apesar de não serem observadas diferenças significativas no \'delta\'15N do solo entre os cultivos, estes, no entanto, apresentaram valores de \'delta\'15N intermediários entre a pastagem e a floresta. Os resultados indicaram um padrão de acúmulo de nitrogênio ao longo da cronosequência de cultivos de soja, indicando um possível retorno gradual dos estoques de N e do sinal isotópico do solo que ocorriam na floresta antes da conversão para pastagem e cultivo de soja, este retorno, no entanto, não parece acontecer a médio-prazo / Agricultural expansion has greatly changed the nitrogen (N) dynamics in tropical systems. The expanding soybean frontier in Brazil is a reality, and investigations of the processes driving N dynamics in these systems are needed to minimize environmental impacts and to promote the sustainability of agricultural systems. Biological nitrogen fixation (BNF) by legumes can provide significant N inputs to crop systems on highly weathered tropical soils, although the fate of these inputs in the environment and the balance between inputs and outputs of N in these systems is poorly understood. This work investigated N dynamics in a chronosequence of soybean fields (1, 2, 5 and 6 years of cultivation) and mature forest in the Brazilian state of Mato Grosso, which is at the southern limit of the Amazon forest. We measured soil N and C stocks, N-NO3-, N-NH4+ concentration and soil \'delta\'15N as well as biological nitrogen fixation (BNF) inputs by soybean, which were assessed using the 15N natural abundance technique under field conditions. Additional measurements of physical and chemical properties of soils were also provided. The land-use-conversion started from pasture, so this site was used as an initial reference for soil N stocks and soil \'delta\'15N. Mature forest stands on the ranch were also used as an additional reference. Soil N stocks (top 10cm) ranged from 1230 kg N ha-1 in the pasture to 1370 kg N ha-1 in the oldest soybean fields. The trend of increasing N stocks with field age was statistically significant. The annual N accumulation by soybean plant biomass was 158,6 kg N ha-1 in the oldest soy fields, of which 79% was estimated to be derived by BNF, based on the natural abundance technique. There was no statistically significant trend in the mineralization and nitrification rates among the areas. However, extracts of soil profiles showed significant increases in deep soil nitrate concentrations in soybean soils compared to forest soils. There was no statistically significant trend in the soil \'delta\'15N within the chronosequence of soybean fields, although the values were intermediate between the soil \'delta\'15N values found in the pasture and the forest. These results showed a pattern of nitrogen accumulation in the soil along the chronosequence of soybean fields, indicating a possible gradual return to soil N stocks and isotopic signatures occurring in the forest soil before the conversion to pasture and soybean, although this may not happen in the near future

Nitrogen in its molecular form (N2) is an available gas that makes up 78% of the atmospheric air and is characterized by being a stable and inert gas. The other nitrogen-based reactive species (Nr) are generated through innumerable natural and anthropogenic processes. When poorly applied, it is an agent harmful to agriculture and forests. The same Nr atom can cause multiple undesirable effects on the atmosphere, on terrestrial and aquatic ecosystems as well as on human health. These effects are known as effects of the nitrogen cascade. The present work aims to estimate the sources of Nr at the Ondina Campus of the Federal University of Bahia (UFBA) and the São Cristóvão Campus of the Federal University of Sergipe (UFS), as well as propose alternatives to mitigate and/or compensate, the generation of Nr on these campuses. To do so, this exploratory thesis made use of bibliographical review and field visits in both campuses to obtain the data of electric energy consumed, terrestrial and aerial trips made by the academic community, food, waste and effluent of the campus among others necessary estimate of such emissions. As main results, it was observed that in relation to Ondina Campus by UFBA, its sources were estimated, where the highest emission was related to the aerial trips of this campus carried out by the academic population that represents about 60% of all campus broadcasting. As for São Cristóvão Campus by UFS, the highest estimated emission was related to the transportation of buses that serve the academic community, which represented about 30% of the total emission of said campus. There were several negative environmental aspects in both institutions, such as the significant waste of food, unnecessary use of energy-consuming equipment, irrational use of fuel in official cars of the campus, use of many private cars with only one individual, drastic reduction of green areas for construction of buildings, among others. In view of the diagnoses made, several mitigating actions were suggested to minimize the generation of reactive nitrogen in these campuses, mainly focusing on the aspects identified with higher emission value, namely: reduction of air travel opting for the use of computer technology, when justified for the purpose of evaluating academic work; Reduction of the use of animal protein based diets; Encourage the use of collective transportation when possible as well as generate a carpool program in the case of private cars; Segregate, treat and store urine generated on campus, taking advantage of fertilizer for green areas etc. / O Nitrogênio em sua forma molecular (N2) é um gás disponível que compõe 78% do ar atmosférico e caracteriza-se por ser um gás estável e inerte. Já as demais espécies reativas de base nitrogenada (Nr) são geradas através de inúmeros processos, tanto de origem natural como de origem antrópica. Quando mal aplicado trata-se de um agente danoso à agricultura e florestas. O mesmo átomo de Nr pode causar múltiplos efeitos indesejáveis na atmosfera, nos ecossistemas terrestres e aquáticos bem como na saúde humana. Esses efeitos são conhecidos como efeitos da cascata de nitrogênio. O presente trabalho tem por objetivo estimar as fontes de Nr no Campus Ondina da Universidade Federal da Bahia (UFBA) e no Campus São Cristóvão da Universidade Federal de Sergipe (UFS), bem como propor alternativas para mitigar e/ou compensar, a geração de N nestes campus. Para tal, esta tese de caráter exploratório fez uso de revisão bibliográfica e de visitas de campo em ambos os campus para obtenção dos dados de energia elétrica consumida, viagens terrestres e aéreas realizadas pela comunidade acadêmica, alimentos, resíduos e efluentes dos campus dentre outros necessários à estimativa de cálculo das referidas emissões. Como resultados principais observou-se que no tocante ao Campus Ondina da UFBA, foram estimadas as suas fontes, onde a mais alta emissão foi referente às viagens aéreas desse campus realizadas pela população acadêmica que representa cerca de 60% de toda emissão do campus. Já para o Campus São Cristóvão da UFS, a mais alta emissão estimada foi referente ao transporte de ônibus que servem à comunidade acadêmica, que representou cerca de 30% da emissão total do referido campus. Constatou-se a existência de diversos aspectos ambientais negativos em ambas instituições, tais como o significativo desperdício de alimentos, uso desnecessário de equipamentos consumidores de energia, uso irracional de combustível em carros oficiais dos campus, uso de muitos carros particulares com apenas um indivíduo, redução drástica de áreas verdes para construção de edificações, dentre outros. Diante dos diagnósticos realizados, sugeriu-se diversas ações mitigadoras para minimização da geração do nitrogênio reativo nesses campus, principalmente com foco nos aspectos identificados com maior valor de emissão, a saber: redução das viagens aéreas optando pelo uso de tecnologia de informática, quando a viagem for justificada para fins de avaliação de trabalhos acadêmicos; Redução do uso de dietas a base de proteína animal; Incentivar o uso de transporte coletivo quando possível bem como gerar um programa de caronas no caso dos carros particulares; Segregar, tratar e armazenar a urina gerada no campus, aproveitando como fertilizante para as áreas verdes etc. / São Cristóvão, SE

A expansão agrícola tem provocado modificações expressivas na dinâmica de nitrogênio (N) em sistemas tropicais. No Brasil, a expansão dos cultivos de soja é uma realidade e, portanto, investigações a cerca dos processos que controlam o ciclo de nitrogênio nestes sistemas são fundamentais. A fixação biológica de nitrogênio (FBN) por leguminosas pode promover aportes significativos de N nos sistemas agrícolas em solos tropicais, no entanto, o destino destes aportes e o balanço entre entradas e saídas de N não é completamente entendido. Este trabalho teve como objetivo investigar comparativamente a dinâmica de nitrogênio em cultivos de soja e floresta no estado de Mato Grosso, sudeste da Amazônia. Foram determinados o \'delta\'15N e %N do solo e da vegetação, estoques de N e C, N-NO3-, N-NH4+, bem como outras propriedades químicas e físicas do solo em áreas de floresta e em áreas submetidas a cultivos de soja ao longo de uma cronosequência (1, 2, 5 e 6 anos de cultivo). Foram realizadas estimativas de FBN (Fixação Biológica de Nitrogênio) em cultivos de soja utilizando a abundância natural de 15N sob condições de campo. A conversão das áreas de cultivo partiu de pastagem, sendo esta área utilizada como referência inicial quanto aos estoques de N e ao \'delta\'15N do solo. Foi observado um aumento significativo nos estoques de nitrogênio do solo (0 a 10cm) ao longo dos anos de cultivo de soja, estes no entanto, foram menores que os estoques encontrados na floresta. Os estoques de N no solo (0-10cm) variaram de 1230 kg N ha-1 na pastagem a 1370 kg N ha-1 nos cultivos mais antigos. O acúmulo anual de N pela soja foi de 158,6 kg N ha-1 nos cultivos mais antigos, do qual 79% foi derivado da FBN. Não foram encontradas diferenças significativas nas taxas de mineralização e nitrificação líquida entre as áreas, no entanto, altos valores de N-NO3- foram encontrados nas camadas mais profundas de solo em cultivos de soja. Apesar de não serem observadas diferenças significativas no \'delta\'15N do solo entre os cultivos, estes, no entanto, apresentaram valores de \'delta\'15N intermediários entre a pastagem e a floresta. Os resultados indicaram um padrão de acúmulo de nitrogênio ao longo da cronosequência de cultivos de soja, indicando um possível retorno gradual dos estoques de N e do sinal isotópico do solo que ocorriam na floresta antes da conversão para pastagem e cultivo de soja, este retorno, no entanto, não parece acontecer a médio-prazo / Agricultural expansion has greatly changed the nitrogen (N) dynamics in tropical systems. The expanding soybean frontier in Brazil is a reality, and investigations of the processes driving N dynamics in these systems are needed to minimize environmental impacts and to promote the sustainability of agricultural systems. Biological nitrogen fixation (BNF) by legumes can provide significant N inputs to crop systems on highly weathered tropical soils, although the fate of these inputs in the environment and the balance between inputs and outputs of N in these systems is poorly understood. This work investigated N dynamics in a chronosequence of soybean fields (1, 2, 5 and 6 years of cultivation) and mature forest in the Brazilian state of Mato Grosso, which is at the southern limit of the Amazon forest. We measured soil N and C stocks, N-NO3-, N-NH4+ concentration and soil \'delta\'15N as well as biological nitrogen fixation (BNF) inputs by soybean, which were assessed using the 15N natural abundance technique under field conditions. Additional measurements of physical and chemical properties of soils were also provided. The land-use-conversion started from pasture, so this site was used as an initial reference for soil N stocks and soil \'delta\'15N. Mature forest stands on the ranch were also used as an additional reference. Soil N stocks (top 10cm) ranged from 1230 kg N ha-1 in the pasture to 1370 kg N ha-1 in the oldest soybean fields. The trend of increasing N stocks with field age was statistically significant. The annual N accumulation by soybean plant biomass was 158,6 kg N ha-1 in the oldest soy fields, of which 79% was estimated to be derived by BNF, based on the natural abundance technique. There was no statistically significant trend in the mineralization and nitrification rates among the areas. However, extracts of soil profiles showed significant increases in deep soil nitrate concentrations in soybean soils compared to forest soils. There was no statistically significant trend in the soil \'delta\'15N within the chronosequence of soybean fields, although the values were intermediate between the soil \'delta\'15N values found in the pasture and the forest. These results showed a pattern of nitrogen accumulation in the soil along the chronosequence of soybean fields, indicating a possible gradual return to soil N stocks and isotopic signatures occurring in the forest soil before the conversion to pasture and soybean, although this may not happen in the near future

As mudanças no uso do solo, como por exemplo a remoção de áreas florestais para a implantação da agricultura e pecuária, promovem alterações no teor de matéria orgânica do solo. Em contrapartida, a regeneração natural surge como uma possibilidade do reestabelecimento parcial de funções ecológicas importantes, com destaque para o papel das florestas secundárias na redução do fluxo de gases atmosféricos, na influência da qualidade e quantidade da água, e no sequestro de carbono da atmosfera e estocagem no solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento do carbono e do nitrogênio no solo ao longo da sequência cronológica de florestas secundárias, comparando-as com floresta madura e pastagens no município de Rio Claro (SP). Com o auxílio de imagens aéreas (dos anos de 1978, 1995, 2000 e 2008) foram selecionadas 15 parcelas com 900 m2 cada, as quais consistiram em uma sequência temporal de florestas secundárias regeneradas sob pastagem (apresentando 8 a 16 anos (FS12), 21 a 38 anos (FS30) e 38 a 54 anos (FS46)), além de floresta \"fonte\" (floresta estacional semidecidual) com mais de 55 anos (FF) e pastagem em uso há mais de 50 anos (PA50). O solo da área de estudo é classificado como Argissolo de textura média. As concentrações e estoques de carbono (C) e nitrogênio (N) e os valores isotópicos de C (?13C) foram analisados na serapilheira e nas camadas de 0-10, 10-20 e 20-30 cm do solo. A análise de ?13C indicou presença do sinal isotópico oriundo de vegetação C3 já nos primeiros 12 anos de regeneração, representando 60% do C presente no solo (proveniente da FF e da FS12). Na área de pastagem foi constatada a presença de carbono remanescente da floresta nativa (C3), correspondendo por 30% do carbono total. A análise de componentes principais definiu os agrupamentos de acordo com as áreas de estudo, além de correlacionar negativamente os estoques de carbono e nitrogênio e os teores de areia. As florestas secundárias apresentaram estoques de carbono e nitrogênio na serapilheira próximos à floresta fonte (1,8 Mg C ha-1 e 0,10 Mg N ha-1). Os estoques de C e N no solo (0-30 cm) foram maiores na floresta fonte (74,1 Mg C ha-1 e 7,6 Mg N ha-1), ocorrendo brusca redução (40%) na conversão para pastagem (41,4 Mg C ha-1 e 4,7 Mg N ha-1). Além disso, as áreas de regeneração não diferiram da área de pastagem quanto aos estoques de carbono e nitrogênio no solo / Changes in soil use, such as the removal of forest areas for the implantation of agriculture and livestock, promote changes in soil organic matter content. Due to this imbalance between the inputs and outputs of plant material in the system the MOS dynamics will be changed, affecting the ecosystem as a whole. On the other hand, natural regeneration appears as a possibility for the partial reestablishment of important ecological functions, with emphasis on the role of secondary forests in the reduction of the flow of atmospheric gases, the influence of water quality and quantity, and sequestration of carbon from the atmosphere and storage in the soil. The objective of this work was to evaluate the behavior of carbon and nitrogen in the soil along the chronological sequence of secondary forests, comparing them with old growth forest and pastures in Rio Claro (SP). Fifteen plots with 900 m2 each were selected using aerial images (from 1978, 1995, 2000 and 2008), which consisted of a temporal sequence of regenerated secondary forests under pasture (8 to 16 years old (FS12) 21 to 38 years old (FS30) and 38 to 54 years old (FS46)), as well as an old growth forest (seasonal semideciduous forest) with more than 55 years (FF) and pasture in use for more than 50 years (PA50). The soil of the study area is classified as Argissolo. with medium texture. The concentrations and stocks of carbon (C) and nitrogen (N) and the isotopic values of C (?13C) were analyzed in the litter and in the layers of 0-10, 10-20 and 20-30 cm of the soil. The analysis of ?13C indicated the presence of the isotopic signal from C3 vegetation already in the first 12 years of regeneration, representing 60% of the C present in the soil (coming from FF and FS12). In the pasture area, the remaining carbon of the native forest (C3) was observed, corresponding to 30% of the total carbon. The principal components analysis defined the groupings according to the study areas, in addition to negatively correlating the carbon and nitrogen stocks and the sand contents. Secondary forests presented carbon and nitrogen stocks in the litter approximate to the old growth forest (1,8 Mg C ha-1 and 0,10 Mg N ha-1). C and N stocks in the soil (0-30 cm) were higher in the old growth forest (74,1 Mg C ha-1 and 7,6 Mg N ha-1), with an abrupt reduction (40%) in conversion to pasture (41,4 Mg C ha-1 and 4,7 Mg N ha-1). In addition, the regeneration areas did not differ from the pasture area for carbon and nitrogen stocks in the soil

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Neste trabalho é apresentado a aplicação de um método de otimização a fim de estimar parâmetros que normalmente estão presentes na modelagem matemática da dinâmica de espécies químicas na interface água-sedimento. O Problema Direto aqui consistiu na simulação das concentrações das espécies orgânicas e inorgânicas (amônia e nitrato) de nitrogênio, num ambiente idealizado, o qual foi fracionado em quatro camadas: uma camada de água (1 metro) e três camadas de sedimento (0-1 cm, 1-2 cm e 2-10 cm). O Problema Direto foi resolvido pelo Método de Runge Kutta, tendo sido gerada uma simulação de 50 dias. Na estimativa dos coeficientes de difusão e porosidade foi aplicado o Método Simulated Annealing (SA). A eficiência da estratégia aqui adotada foi avaliada através do confronto entre dados experimentais sintéticos e as concentrações calçadas pela solução do Problema Direto, adotando-se os parâmetros estimados pela SA. O melhor ajuste entre dados experimentais e valores calculados se deu quando o parâmetro estimado foi a porosidade. Com relação à minimização da função objetivo, a estimativa desse parâmetro também foi a que exigiu menor esforço computacional. Após a introdução de um ruído randômico às concentrações das espécies nitrogenadas, a técnica SA não foi capaz de obter uma estimativa satisfatória para o coeficiente de difusão, com exceção da camada 0-1 cm sedimentar. Para outras camadas, erros da ordem de 10 % foram encontrados (para amônia na coluna dágua, pro exemplo). Os resultados mostraram que a metodologia aqui adotada pode ser bastante promissora enquanto ferramenta de gestão de corpos dágua, especialmente daqueles submetidos a um regime de baixa energia, como lagos e lagoas costeiras. / This work presents the application of an optimization method to estimate parameters that are usually present in the mathematical modeling of chemical species dynamics in the water-sediment interface . Here, the Direct Problem was the simulation of organic and inorganic (ammonium and nitrate) nitrogen species concentrations in an idealized environment, which was fractionated into four layers: a layer of water (1 meter depth) and three layers of sediment (0-1 cm 1-2 cm and 2-10 cm). The Direct Problem was solved by the Runge Kutta method, yielding a 50 days simulation. Thus, the Simulated Annealing (SA) Method was applied to estimate diffusion coefficients and porosity. The strategy efficiency was evaluated by comparing synthetic experimental data with those yielded by the direct problem solution, adopting the parameters estimated by SA Method. The best fitting between experimental and calculated concentrations was achieved when the porosity was the estimated parameter. Regarding the Objective Function minimization, the estimative of this parameter also required lower computational effort. After introducing a random noise to the concentrations of nitrogenous species, SA technique was unable to obtain a satisfactory estimate for the diffusion coefficient, with the exception of sediment layer 0-1 cm. For the other layers, concentrations errors as high as 10% were found (for the ammonia concentration in the water layer, for example). The results showed that the methodology adopted here can be a quite promising tool in the water bodies management, especially in those submitted to low energy, as lakes and coastal lagoons.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Neste trabalho é apresentado a aplicação de um método de otimização a fim de estimar parâmetros que normalmente estão presentes na modelagem matemática da dinâmica de espécies químicas na interface água-sedimento. O Problema Direto aqui consistiu na simulação das concentrações das espécies orgânicas e inorgânicas (amônia e nitrato) de nitrogênio, num ambiente idealizado, o qual foi fracionado em quatro camadas: uma camada de água (1 metro) e três camadas de sedimento (0-1 cm, 1-2 cm e 2-10 cm). O Problema Direto foi resolvido pelo Método de Runge Kutta, tendo sido gerada uma simulação de 50 dias. Na estimativa dos coeficientes de difusão e porosidade foi aplicado o Método Simulated Annealing (SA). A eficiência da estratégia aqui adotada foi avaliada através do confronto entre dados experimentais sintéticos e as concentrações calçadas pela solução do Problema Direto, adotando-se os parâmetros estimados pela SA. O melhor ajuste entre dados experimentais e valores calculados se deu quando o parâmetro estimado foi a porosidade. Com relação à minimização da função objetivo, a estimativa desse parâmetro também foi a que exigiu menor esforço computacional. Após a introdução de um ruído randômico às concentrações das espécies nitrogenadas, a técnica SA não foi capaz de obter uma estimativa satisfatória para o coeficiente de difusão, com exceção da camada 0-1 cm sedimentar. Para outras camadas, erros da ordem de 10 % foram encontrados (para amônia na coluna dágua, pro exemplo). Os resultados mostraram que a metodologia aqui adotada pode ser bastante promissora enquanto ferramenta de gestão de corpos dágua, especialmente daqueles submetidos a um regime de baixa energia, como lagos e lagoas costeiras. / This work presents the application of an optimization method to estimate parameters that are usually present in the mathematical modeling of chemical species dynamics in the water-sediment interface . Here, the Direct Problem was the simulation of organic and inorganic (ammonium and nitrate) nitrogen species concentrations in an idealized environment, which was fractionated into four layers: a layer of water (1 meter depth) and three layers of sediment (0-1 cm 1-2 cm and 2-10 cm). The Direct Problem was solved by the Runge Kutta method, yielding a 50 days simulation. Thus, the Simulated Annealing (SA) Method was applied to estimate diffusion coefficients and porosity. The strategy efficiency was evaluated by comparing synthetic experimental data with those yielded by the direct problem solution, adopting the parameters estimated by SA Method. The best fitting between experimental and calculated concentrations was achieved when the porosity was the estimated parameter. Regarding the Objective Function minimization, the estimative of this parameter also required lower computational effort. After introducing a random noise to the concentrations of nitrogenous species, SA technique was unable to obtain a satisfactory estimate for the diffusion coefficient, with the exception of sediment layer 0-1 cm. For the other layers, concentrations errors as high as 10% were found (for the ammonia concentration in the water layer, for example). The results showed that the methodology adopted here can be a quite promising tool in the water bodies management, especially in those submitted to low energy, as lakes and coastal lagoons.

As mudanças no uso do solo, como por exemplo a remoção de áreas florestais para a implantação da agricultura e pecuária, promovem alterações no teor de matéria orgânica do solo. Em contrapartida, a regeneração natural surge como uma possibilidade do reestabelecimento parcial de funções ecológicas importantes, com destaque para o papel das florestas secundárias na redução do fluxo de gases atmosféricos, na influência da qualidade e quantidade da água, e no sequestro de carbono da atmosfera e estocagem no solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento do carbono e do nitrogênio no solo ao longo da sequência cronológica de florestas secundárias, comparando-as com floresta madura e pastagens no município de Rio Claro (SP). Com o auxílio de imagens aéreas (dos anos de 1978, 1995, 2000 e 2008) foram selecionadas 15 parcelas com 900 m2 cada, as quais consistiram em uma sequência temporal de florestas secundárias regeneradas sob pastagem (apresentando 8 a 16 anos (FS12), 21 a 38 anos (FS30) e 38 a 54 anos (FS46)), além de floresta \"fonte\" (floresta estacional semidecidual) com mais de 55 anos (FF) e pastagem em uso há mais de 50 anos (PA50). O solo da área de estudo é classificado como Argissolo de textura média. As concentrações e estoques de carbono (C) e nitrogênio (N) e os valores isotópicos de C (?13C) foram analisados na serapilheira e nas camadas de 0-10, 10-20 e 20-30 cm do solo. A análise de ?13C indicou presença do sinal isotópico oriundo de vegetação C3 já nos primeiros 12 anos de regeneração, representando 60% do C presente no solo (proveniente da FF e da FS12). Na área de pastagem foi constatada a presença de carbono remanescente da floresta nativa (C3), correspondendo por 30% do carbono total. A análise de componentes principais definiu os agrupamentos de acordo com as áreas de estudo, além de correlacionar negativamente os estoques de carbono e nitrogênio e os teores de areia. As florestas secundárias apresentaram estoques de carbono e nitrogênio na serapilheira próximos à floresta fonte (1,8 Mg C ha-1 e 0,10 Mg N ha-1). Os estoques de C e N no solo (0-30 cm) foram maiores na floresta fonte (74,1 Mg C ha-1 e 7,6 Mg N ha-1), ocorrendo brusca redução (40%) na conversão para pastagem (41,4 Mg C ha-1 e 4,7 Mg N ha-1). Além disso, as áreas de regeneração não diferiram da área de pastagem quanto aos estoques de carbono e nitrogênio no solo / Changes in soil use, such as the removal of forest areas for the implantation of agriculture and livestock, promote changes in soil organic matter content. Due to this imbalance between the inputs and outputs of plant material in the system the MOS dynamics will be changed, affecting the ecosystem as a whole. On the other hand, natural regeneration appears as a possibility for the partial reestablishment of important ecological functions, with emphasis on the role of secondary forests in the reduction of the flow of atmospheric gases, the influence of water quality and quantity, and sequestration of carbon from the atmosphere and storage in the soil. The objective of this work was to evaluate the behavior of carbon and nitrogen in the soil along the chronological sequence of secondary forests, comparing them with old growth forest and pastures in Rio Claro (SP). Fifteen plots with 900 m2 each were selected using aerial images (from 1978, 1995, 2000 and 2008), which consisted of a temporal sequence of regenerated secondary forests under pasture (8 to 16 years old (FS12) 21 to 38 years old (FS30) and 38 to 54 years old (FS46)), as well as an old growth forest (seasonal semideciduous forest) with more than 55 years (FF) and pasture in use for more than 50 years (PA50). The soil of the study area is classified as Argissolo. with medium texture. The concentrations and stocks of carbon (C) and nitrogen (N) and the isotopic values of C (?13C) were analyzed in the litter and in the layers of 0-10, 10-20 and 20-30 cm of the soil. The analysis of ?13C indicated the presence of the isotopic signal from C3 vegetation already in the first 12 years of regeneration, representing 60% of the C present in the soil (coming from FF and FS12). In the pasture area, the remaining carbon of the native forest (C3) was observed, corresponding to 30% of the total carbon. The principal components analysis defined the groupings according to the study areas, in addition to negatively correlating the carbon and nitrogen stocks and the sand contents. Secondary forests presented carbon and nitrogen stocks in the litter approximate to the old growth forest (1,8 Mg C ha-1 and 0,10 Mg N ha-1). C and N stocks in the soil (0-30 cm) were higher in the old growth forest (74,1 Mg C ha-1 and 7,6 Mg N ha-1), with an abrupt reduction (40%) in conversion to pasture (41,4 Mg C ha-1 and 4,7 Mg N ha-1). In addition, the regeneration areas did not differ from the pasture area for carbon and nitrogen stocks in the soil

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-04-27T16:58:25Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Brotto, A. C.pdf: 1827218 bytes, checksum: d583ce8460c1efc5934c93cec6ef4c3d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-27T16:58:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Brotto, A. C.pdf: 1827218 bytes, checksum: d583ce8460c1efc5934c93cec6ef4c3d (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências- Geoquímica Ambiental. Niterói, RJ / O estudo das emissões de óxido nitroso (N2O) em processos de tratamento de esgoto tem se tornado necessário e urgente nos últimos anos visto à sua contribuição às mudanças climáticas globais, já que este gás é responsável por 6% do efeito estufa e tem se tornado a principal substância destruidora do ozônio estratosférico do século XXI. Poucos são os estudos que quantificaram as emissões de N2O diretamente em estações de tratamento de esgoto (ETEs) e a literatura apresenta uma grande variação nos fatores de emissão (FEs) obtidos por eles. As Diretrizes de 2006 do IPCC para Inventários de Gases do Efeito Estufa sugerem o FE de 3,2 (2-8) g N2O pessoa-1 ano-1 para estimativas das emissões de N2O em ETEs, que corresponde a 0,035% do nitrogênio total (NT) emitido como N2O. As emissões de N2O em processo de tratamento de lodos ativados foram determinadas no período de janeiro a julho de 2010 em uma ETE municipal no Estado do Rio de Janeiro que trata aproximadamente 14,7 mil m3 dia-1 com média remoção de DQO para o período de estudo de 73% e carga de NT afluente de 46 mg N L-1. Os principais parâmetros operacionais relacionados às emissões de N2O em ETE foram estudados, a saber, concentração de oxigênio dissolvido (OD), concentração de nitrito (NO2 -), pH e temperatura. As maiores emissões de N2O foram observadas quando a concentração de OD se encontrava entre 1,3 e 3,4 mg L-1, o pH entre 5,9 e 6,5 e temperatura acima de 30oC. Enquanto as menores emissões ocorreram em concentrações de OD abaixo de 1,0 mg L-1 e acima de 4,0 mg L-1, e em pH acima de 6,5. O fluxo de N2O estimado é de 4,1 x 105 g N2O ano-1 e os FEs de N2O per capita, por vazão de esgoto tratado e pela carga NT afluente são 8,1 g N2O pessoa-1 ano-1, 8,0 x 10-5 g N2O L -1 e 0,12%. O FE per capita estimado exclusivamente para o tanque de aeração é aproximadamente 2,5 vezes superior ao proposto pelo IPCC (2006) para inventários de emissões de N2O para países que possuam sistemas centralizados de tratamento de esgoto com avançado controle dos processos de nitrificação e desnitrificação. / The study of nitrous oxide (N2O) emissions from wastewater treatment processes has become necessary and urgent in the last years due to its contribution to global climate change, since this gas is responsible for 6% of the global greenhouse effect and will become the main ozone-depleting substances (ODS) of the 21st century. Few studies have quantified the direct emissions of N2O from wastewater treatment plants (WWTPs) and literature shows a wide variation in the emission factors (EFs) obtained by them. 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories suggests an EF to estimate N2O emissions from WWTP of 3.2 (2.8) g N2O person-1 yr-1, which corresponds to 0.035% of total nitrogen emitted as N2O. Emissions of N2O from a full-scale activated sludge process was determined from January to July of 2010 during measurement campaign at a municipal WWTP in the State of Rio de Janeiro that treat roughly 14,700 m3 day-1 with an average influent removal COD for the period of study of 73% and total nitrogen load (TN) of 46 mg N L-1. The most important operational parameters leading N2O emissions in WWTP were also studied, namely, dissolved oxygen concentration (DO), nitrite (NO2 -) concentration, pH and temperature. The largest emissions of N2O were observed when DO concentration was between 1.3 and 3.4 mg L-1, pH between 5.9 and 6.5 and temperatures above 30oC. While lower emissions occurred in DO concentrations below 1.0 mg L-1 and above 4.0 mg L-1, and at pH above 6.5. Total estimated annual flux of N2O is 4.1 x 105 g N2O yr-1 and the EF of N2O estimated per capita, wastewater flow and the influent TN load are 8.1 g N2O person-1 yr-1, 8.0 x 10-5 g N2O L(wastewater)-1 and 0.12%. The per capita EF estimated exclusively for the aeration tank is almost 3 times higher than that proposed by the IPCC (2006) for N2O emission inventories for countries that predominantly have advanced centralized WWTPs with nitrification and denitrification steps.

The replacement of the native vegetation by pastures and silviculture can result in clear changes on the carbon and nitrogen pools, stocks and dynamics. We aimed to assess the impact of the woodland cerrado (cerradão) conversion into pastures and Eucalyptus plantations on the soil organic carbon (SOC) labile pools and dynamics, on the concentrations of N variables and on the potential for nitrogen mineralization (PMN) in the first 200 cm of the soil profile. We also assessed the seasonal variation on the overall variability in soil C and N pools and dynamics. Finally, we investigated the C and N stocks belowground (up to 50 cm depth) and C stocks aboveground. We had three sampling sites in a region originally covered by cerradão physiognomy. Each sampling included a control area (Cerrado) and two land uses (Pasture, Eucalyptus). Soil samples were taken at 0-10, 10-30, 30-50, 50-100 and 100-200 cm depths during the dry and wet climate seasons, from which we used the first three depths for stocks calculation. We also collected litter and herbs+shrubs biomass, and measured the tree biomass for C stocks calculation. Our results showed ~50% reduction of the microbial biomass (MBC) and MBC:SOC for pastures and Eucalyptus plantations, indicating lower SOC stability. Reduction in the dissolved organic carbon (DOC) and DOC:SOC, and increment on the metabolic quotient were also registered for both land uses along the soil profile up to 30 or 50 cm depth. Higher SBR and qCO2 rates are associated to a microbial community under stress. Land use effect on SOC labile pools and dynamics was more marked in the dry season. The inorganic forms of nitrogen (NH4-N and NO3-N) and PMN were significantly affected by land use conversion, with decreases in both land uses compared to native Cerrado, with lower values found in Eucalyptus. Urease activity also decreased with land conversion. The N variables all decreased with depth from 10 to 50 cm depth. Land conversion also resulted in C and N stock losses, and in redistribution among the system compartments. Pastures showed 53% less overall C stock, and Eucalyptus plantations had 20% more. Carbon was mostly stored belowground in pastures, and aboveground in Eucalyptus, as the native Cerrado showed a balanced distribution. Aboveground, C was 94% reduced in pastures compared to Cerrado, and 80% increased in Eucalyptus plantations; belowground, pastures had 19% and 25% reductions in the overall C and N stocks respectively, with significant decreases for the stocks of arboreal C, MBC, coarse root C and N, NO3-N and PMN. Eucalyptus plantations had 23% decrease in C and 19% in N stocks, with significant reductions in the stocks of herbs+shrubs C, MBC, fine and coarse root C, fine root N, NH4-N and PMN. Both land uses had similar overall losses of C and N belowground, which were evident until 50 cm depth, but higher at the 10-30 cm layer. Our results show negative impacts on carbon and nitrogen pools, cycling processes and stocks due to Cerrado conversion to pastures and Eucalyptus plantations / A substituição da vegetação nativa por pastagem e silvicultura pode resultar em mudanças nas concentrações, estoques e dinâmica do carbono e nitrogênio. O objetivo do trabalho foi analisar o impacto da conversão de cerradão em pastagens de braquiária e plantações de eucalipto na dinâmica e na concentração de variáveis da fração lábil do carbono orgânico do solo (SOC), nas concentrações das variáveis de nitrogênio e no seu potencial de mineralização (PMN), para os primeiros 200 cm de profundidade do solo. Foi ainda avaliada a variação sazonal na variabilidade das concentrações e dinâmicas de C e N no solo. Além disso, investigamos os estoques de C e N abaixo do solo (até 50 cm de profundidade) e os estoques de C acima do solo. Nossas amostragens foram realizadas em três áreas de pesquisa, numa região originalmente coberta por cerradão. Cada área de pesquisa era constituída por um sítio controle (Cerrado) e dois usos das terras (pastagem, eucalipto). Amostras de solo foram coletadas nas profundidades de 0-10, 10-30, 30-50, 50-100 e 100-200 cm durante as estações seca e chuvosa, para as análises das frações de C e N; para o cálculo dos estoques de C e N, foram utilizadas somente as três primeiras profundidades. Também coletamos serapilheira e biomassa de herbáceas + arbustos, assim como tiramos medidas das árvores para o cálculo do estoque de C acima do solo. Nossos resultados mostraram uma redução de aproximadamente 50% da biomassa microbiana (MBC) e da taxa MBC:SOC para pastagens e plantios de eucalipto, indicando menor estabilidade do carbono orgânico do solo. Também foram registrados decréscimos para o carbono orgânico dissolvido (DOC) e para as taxas DOC:SOC, além de aumentos para o quociente metabólico em ambos os usos, ao longo do perfil do solo até 30 ou 50 cm de profundidade. Taxas mais altas de respiração edáfica e do quociente metabólico estão associadas a uma comunidade microbiana sob estresse. O efeito do uso das terras nas concentrações e na dinâmica das variáveis lábeis do C orgânico do solo foi mais acentuado na estação seca. As formas inorgânicas de nitrogênio (NH4-N e NO3-N) e PMN foram significativamente afetados pela conversão do uso da terra, com decréscimos em ambos os usos em comparação ao Cerrado nativo, sendo menores os valores encontrados no Eucalipto. A atividade da urese também decresceu com a mudança de uso. Todas as variáveis de N diminuíram com a profundidade de 10 a 50 cm. A conversão de uso também resultou em perdas nos estoques de C e N e em sua redistribuição entre os compartimentos acima e abaixo do solo. O estoque total de C em pastagens reduziu em 53% e nas plantações de eucalipto ocorreu aumento de 20%. O carbono foi armazenado principalmente abaixo do solo em pastagens e acima do solo nos plantios de eucaliptos, enquanto que o Cerrado nativo apresentou uma distribuição equilibrada entre esses dois grandes compartimentos. Na pastagem, foi registrada uma redução de 94% no estoque da biomassa aérea, em comparação com o Cerrado, enquanto que as plantações de eucalipto apresentaram um aumento de 80%; abaixo do solo, as pastagens tiveram reduções de 19% e 25% nos estoques totais de C e N, respectivamente, com decréscimos significativos para o estoque C de árvores, de MBC, de C e N de raizes grossas, de NO3-N e de PMN. As plantações de eucalipto tiveram redução de 23% para o estoque total de C abaixo do solo e de 19% para o estoque de N (abaixo do solo), com reduções significativas para estoque C da biomassa de ervas + arbustos, de MBC, de C de raízes finas e grossas, bem como para os estoque de N de raízes finas, de NH4-N e de PMN. Ambos os usos da terra tiveram perdas totais semelhantes para os estoques de C e N abaixo do solo, que ficaram evidentes até 50 cm de profundidade, porém, mais significativos na camada de 10-30 cm. Nossos resultados demonstraram impactos negativos da conversão do cerrado em pastagens e plantações de eucalipto para as concentrações de carbono e nitrogênio, assim como em seus processos de ciclagem e estoques