O Brasil é o segundo maior produtor e exportador de soja (Glycine max L. Merrill) no mundo. A produção é altamente dependente de fatores climáticos, incluindo a temperatura e quantidade de chuva. A soja cultivada no sul do país em 2005 sofreu déficit hídrico causado por temperaturas altas acompanhado por umidade baixa durante o estádio reprodutivo. Pouco se sabe sobre a influência do déficit hídrico na degradação da clorofila e na qualidade dos grãos em geral. Nesse trabalho foram analisadas, numa primeira etapa, as características químicas e bioquímicas de cinco amostras de soja, provenientes de três cultivares que cresceram sob déficit hídrico e que não atendiam aos padrões para comercialização por conter altas quantidades de sementes verdes. Os grãos foram analisados quanto a diversos parâmetros físico-químicos e bioquímicos incluindo a análise dos pigmentos verdes imediatamente após a colheita e após 20 meses de armazenamento. A acidez foi medida adicionalmente após 30 meses de armazenamento. A atividade de água e umidade foram 0,6-0,7 e 8,7 %-11,9 %, respectivamente, e não mudaram durante a estocagem, mas houve um aumento em acidez o que indica atividade de lipases. A atividade da lipoxigenase 1 foi significativamente prejudicada. Imediatamente após a colheita os pigmentos verdes correspondiam a feofitina a, feofitina b e pequenas quantidades de clorofila a e b, e traços de outros derivados da clorofila, em ordem decrescente. Após 20 meses de estocagem quase todos os pigmentos haviam desaparecido. O déficit hídrico provavelmente aumentou a permeabilidade das membranas, o que levou a um aumento do pH e promoveu a transformação das clorofilas para feofitinas. Na segunda etapa do trabalho foi estudado o estágio avançado da degradação natural da clorofila na qual desaparece a coloração esverdeada dos grãos. Esta etapa corresponde à formação de catabólitos incolores (NCC), mas existem controvérsias se essas substâncias são os produtos finais da degradação. Assim, foram investigadas a formação e degradação dos NCC durante a maturação da soja e o efeito do tratamento térmico pós-colheita. A soja foi colhida em seis estádios de maturação e a formação dos NCC foi analisada por HPLC após secagem dos grãos a 40 e 60°C. Todas as amostras contiveram frações com um máximo de absorbância a 320 nm, considerado típico para os NCC. Os teores aumentaram até o 114o dia após a semeadura e decresceram significativamente em estádios mais avançados de maturação. Nas amostras secas a 40 e 60°C os teores de NCC foram menores, devido a níveis iniciais de clorofila inferiores. Esses resultados indicam que os NCC em soja provavelmente não sejam os produtos finais da degradação da clorofila. A sua redução em estádios mais avançados de maturação indica a sua metabolização para outras substâncias. / Brazil is the second largest soybean (Glycine max L. Merrill) producer and exporter in the world. The production depends on climatic factors, like temperature and rain volume. Soybeans cultivated in the south of the country in 2005 suffered drought stress imposed by adverse high ambient temperature, accompanied by low humidity during the reproductive stage. Little information is available regarding drought stress on quality of grains. In this study, firstly, chemical and biochemical characteristics of five soybean samples belonging to three cultivars grown under drought stress and did not meet standards for marketing due to high amounts of green seeds, were evaluated. Grains were analyzed for several physicochemical ad biochemical parameters, including analysis of pigment contents, immediately after harvest and after 20 months of storage at room temperature. Acidity was measured additionally after 30 month of storage. Water activity and humidity were 0.6 - 0.7 and 8.7 % - 11.9 %, respectively, and did not change during storage time, but there was an increase in acidity, which alludes to lipase activity. The activity of lipoxygenase 1 was significantly prejudiced. Immediately after harvest, green pigments corresponded mainly to pheophytin a, followed by pheophytin b, small quantities of chlorophyll b and chlorophyll a and traces of other chlorophyll derivatives. After 20 months of storage almost all green pigments had disappeared. Drought stress probably enhanced membrane permeability, which led to a lower pH and promoted transformation of chlorophylls to pheophytins. In the second part of the study, the advanced stage of natural chlorophyll degradation was investigated, in which the green colour of the seeds disappears. This stage corresponds to the formation of non-coloured chlorophyll catabolites (NCC), but there are controversies if those are the final products. Thus, the formation and degradation of NCC during soybean (Glycine max L. Merrill) maturation and two post-harvest drying temperatures was investigated. Soybean was harvested at six maturation stages and the formation of NCC was analyzed by HPLC after drying at 40°C and 60°C. All samples contained fractions with an absorption maximum at 320 nm, which are considered typical for NCC. The amounts of NCC increased until 114 days after plantation, and were significantly lower in advanced maturation stages. In samples dried at 40°C and 60°C, NCC amounts were lower, due to inferior initial chlorophyll levels. These results indicate that the NCC in soybeans might not be the final products of chlorophyll degradation. Their reduction in advanced maturation stages may be due to further metabolization.

A mistura vertical de águas profundas, ricas em nutrientes e de baixas temperaturas, características da Água Central do Atlântico Sul (ACAS), com águas de baixa d;sponibilidade nutricional, baixa biomassa fitoplanctônica e de temperaturas mais elevadas, características da Água Costeira (AC), da região de Ubatuba, foi simulada através da realização de bioensaios. As águas foram incubadas com as populações fitoplanctônicas naturais, sem enriquecimentos nutricionais, sob diferentes níveis de atenuação radiação solar incidente total (100, 30 e 10% de IL) e temperatura igual a da água do mar de superfície. o potencial quimico e biológico dos dois tipos de água (ACAS e AC) e de uma mistura equitativa de ambas, foi avaliado através do monitoramento diário de aspectos quali- quantitativos do fitoplâncton (Clorofila-a, contagem e identificação das células e taxas de produção primária) e do teor de nutrientes dissolvidos no meio, durante o período de incubação. Foram realizadas três etapas experimentais: em Jul/88, Jan/89 e Jul/89 com durações de 8, 15 e 14 dias, respectivamente. A mistura da ACAS com AC apresentou os melhores rendimentos máximos de Clorofila-a e produção primária, sob os níveis de 100 e 30 % de IL. A 10% de IL, a ACAS mostrou- se mais produtiva do que quando misturada à AC e, em termos de Cl-a integral, teve rendimento superior inclusive ao obtido pela Mistura a 100% de IL. A AC apresentou um rendimento menor que as outras duas águas sob os três niveis de luz utilizados. Sob intensidades luminosas mais altas os nutrientes foram rapidamente assimilados causando uma floração de espécies oportunistas (diatomáceas) logo no inicio do periodo de incubação, o que não foi observado sob intensidades luminosas menores. Os resultados ainda indicam que os \"lag-time\" observados no inverno foram significativamente maiores que os do verão. Foi também possivel observar a existência de uma estratificação fisiológica das populações fitoplanctônicas presentes em uma mesma massa d\' água, em função da profundidade, no inverno. Esta estratificação provavelmente deveu-se à diferentes suprimentos nutricionais de origem orgânica que estariam disponiveis apenas para as populações da água de fundo, possivelmente devido a interação da água com o sedimento. Estes resultados demostram a grande importância da água da ACAS como agente fertilizador para as águas oligotróficas da região, permitindo a ocorrência de produção nova. / The vertical mixing of the rich, low temperature, deep South Atlantic Central Water (SACW), with the low nutrient, low phytoplanktonic biomass and hiSh temperature Coastal Water (CW), irom Ubatuba region, was simulated erforming bioassays. The waters were incubated with the authoctonous phytoplankton without any nutrient addition, under ifferent attenuation levels (100, 30 and 10% ) of the total incident solar radiation and at the same temperature as the urface sea water. The chemical and biological potential of each water (SACW and CW), and of an equivalent mixture of them, wa evaluated by means of a daily monitoring of quali and quantitative phytoplankton aspects (Chl-a, cell counting and photosynthetic rates) and of the dissolved nutrient concentrations durins the incubation period. Three series of experiments were performed: Jul/88, Jan/89 and Jul/89, lasting 8, 15 and 14 days espectively. The mixing of SACW and CW presented the best maximum yield oi chlorophyll and photosyntetic rates under 100 and 30% solar radiation. Under 10% SACW alone waa more productive than mixed with CW and, considering integral chlorophyll-a during the whole period. it preaented a higher yield than the one obtained with Mixed Water under 100% oí solar radiation. CW preaented the lowest yield under the experimental light leveI used. Under high light intensi ties nutrients were quickly assimilated inducing a bloom of opportunist species (diatoms) at the begining of the incubation period, which was not observed under low light intensities.(diatoms) at the begining of the incubation period, which was not observed under low light intensities. Results also indicate that the Ias times observed during winter were ignificantIy higher than those during summer. It was possible to observe the existence of a Physiological atratification among phytoplank.tonic populations from the same water mass, as a function of depht, durins winter. This phenomenon was probably due to diatinct nutricional aupply of orsanic origen that would be avaiIabIe to deep populations only, possibly as a consequence of ater/sediment interactiona. These results demonstrate the great importance of SACW as a fertilizer agent to the oligothrophic waters of the region, allowing the occurrence of new production.

Em ambientes costeiros, a variabilidade da biomassa de fitoplâncton é dirigida por forçantes físicas locais que apresentam distintas escalas temporais em ocorrência, intensidade e durabilidade. No canal de São Sebastião, ambiente advectivo, parte-se do pressuposto de que qualquer adição da biomassa de fitoplâncton não se deve ao crescimento local, mas ao transporte de células fitoplanctônicas movidas pelas correntes guiadas a ventos e marés. Dessa maneira, o objetivo central deste trabalho é analisar a variabilidade em alta frequência das variações da biomassa fitoplanctônica e investigar suas relações temporais com a intensidade e direção dos ventos e a amplitude das marés. Em média, o acúmulo de clorofila é estável no tempo, com curtos episódios de lento aumento e diminuições bruscas da biomassa fitoplanctônica, sendo os valores encontrados relativamente baixos, característicos de ambientes oligomesotróficos. Análises espectrais da série temporal da concentração de clorofila-a e da altura da maré revelaram alta correlação entre as duas séries durante as marés de sizígia, com periodicidades de aproximadamente 12 e 24 horas. Em relação à direção e intensidade do vento, o espectro cruzado de ondaletas apresentou áreas de forte correlação com a clorofila-a e periodicidades dominantes de três dias. Além disso, observou-se que ventos vindos do quadrante norte/nordeste carregam águas com maiores concentrações de materiais particulados ou detritos. / In coastal environments, the dynamics of phytoplankton biomass is driven by local physical forcings that have different time scales in occurrence, intensity and durability. For being an advective environment, it is normally assumed that any positive change in phytoplankton biomass in the São Sebastião Channel is not due to local growth, but to the transport of phytoplankton cells moved by currents associated with winds and tides. Thus, the main objective of this project is to analyze the variability in high-frequency variations of the phytoplankton biomass and investigate their temporal relationships with intensity and direction of winds and high tides. On average, the chlorophyll accumulation is stable over time, with short episodes of slow rise and sudden decreases of phytoplankton biomass and relatively low values, characteristic of oligo-mesotrophic environments. Spectral analysis of the time series of chlorophyll a concentration and tide height showed a high correlation between the two series during the spring tides, and dominant periodicities of about 12 to 24 hours. Regarding direction and intensity of the wind, the cross wavelet spectrum presented strong correlation areas with chlorophyll a and dominant periodicities of 3 days. In addition, it was observed that winds from the north/northeast quadrant carry water with higher concentrations of particulate matter or debris.

A adição ao solo de resíduo vegetal de elevada relação C/N no sistema \"cana crua\", afeta o equilíbrio entre os processos de entrada e saída do N no sistema solo-planta-atmosfera. Assim, a presença da palhada modifica o agrossistema fazendo-se necessários ajustes no manejo da fertilização nitrogenada. Nesse sentido, quatro estudos foram desenvolvidos com os seguintes objetivos: (i) Avaliar as características produtivas e nutricionais da cultura da cana-de-açúcar de modo a identificar a fonte e a dose de N de maior eficiência agronômica; (ii) Quantificar a recuperação do N proveniente do fertilizante pela cana-de-açúcar; (iii) avaliar o potencial de inibição do íon cloreto na nitrificação no solo; (iv) avaliar as taxas de mineralização e imobilização do N-fertilizante e a sua interação com o Nnativo do solo. Em campo, foi conduzido um experimento em Latossolo Vermelho distróficocom cana-de-açúcar. O delineamento experimental foi o de blocos casualizados, com quatro repetições e nove tratamentos, com as fontes nitrogenadas: sulfato de amônio, YaraBela NitromagTM, nitrato de amônio e ureia na dose de 100kg ha-1 de N, cloreto de amônio, nas doses de N: 50, 100, 150 e 200 kg ha-1, e controle. Foram instaladas microparcelas com aplicação das fontes marcadas no isótopo 15N na dose de 100 kg ha-1 de N. Os fertilizantes nitrogenados foram aplicados manualmente, sobre a palhada. Posteriormente, amostras do solo coletadas previamente foram incubadas aerobiamente por um período de 21 dias. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado com quatro repetições e os tratamentos constaram da combinação de sulfato de amônio ou cloreto de amônio, na dose de 100 mg kg-1 de nitrogênio, com cloreto de potássio na dose de 100 ou 200 mg kg-1 de cloro. Avaliou-se, também, doses de cloreto de amônio (50, 100 e 200 mg kg-1 de N). As formas de N-mineral foram determinadas por meio de sistema de análise por injeção em fluxo. Amostras de solo foram, também, incubadas aerobiamente por um período de 20 semanas. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado com três repetições e seis tratamentos, constituindo-se um fatorial 3x2 (Namídico, N-amoniacal ou sem N versus com ou sem resíduo de cana). As fontes nitrogenadas (enriquecidas com 2% em átomos de 15N) foram aplicadas superficialmente no solo na dose de 100 mg kg-1 de N e o resíduo de cana-de-açúcar incorporado na dose de 5,2 g kg-1. O fornecimento de doses de N na forma de cloreto de amônio resultou em decréscimo de produtividade de colmos e açúcar. As fontes nítrico/amoniacais promoveram maior atividade da enzima redutase do nitrato nas folhas da cana-de-açúcar, porém, não apresentaram influência no acúmulo total de N. O aproveitamento do N-fertilizante pela cana-de-açúcar foi da ordem de 60% nos estádios iniciais, reduzindo-se para aproximadamente 20% próximo à fase de maturação. O íon cloreto reduziu a concentração de nitrato no solo devido a ação do ânion na reação de nitrificação. A incorporação de resíduo de cana-de-açúcar ao solo promoveu maiores taxas de imobilização do N e a aplicação de sulfato de amônio resultou em maior mineralização do N nativo do solo comparado a ureia. / The addition of plant residue with high C/N ratio to the soil in a \"green cane\" system affects the balance of input/output processes of N in a soil-plant-atmosphere system. Thus, the presence of straw modifies the agroecosystem requiring adjustments in management of nitrogen fertilization. Accordingly, four studies were developed to: (i) evaluate the nutritional and productive characteristics of sugarcane crops to identify the source and N rates of greater agronomic efficiency; (ii) quantify the sugarcane N recovery from fertilizers; (iii) assess the potential inhibition of chloride ion in reaction to soil nitrification, (iv) evaluate mineralization and immobilization rates of fertilizer-N and their interaction with the native soil N. We conducted a field experiment on a Typic Hapludox with sugarcane, in the 2009/2010 harvest. The experimental design was a randomized block with four replications and nine treatments with nitrogen sources: ammonium sulfate, YaraBela NitromagTM, ammonium nitrate and urea at 100 kg N ha-1, ammonium chloride at N doses: 50, 100, 150 and 200 kg ha-1 and control. Microplots were installed with application of nitrogen sources labeled 15N at 100 kg N ha-1. Nitrogen fertilizers were applied manually over straw. Subsequently, previously collected soil samples were incubated aerobically for 21 days. The experimental design was completely randomized with four replications and the treatments consisted of ammonium sulfate or ammonium chloride at 100 mg N kg-1 with potassium chloride at a chlorine dose 100 or 200 mg kg-1. We also evaluated doses of ammonium chloride (50, 100, and 200 mg N kg-1). Forms of mineral-N were determined by Flow Injection Analysis (FIA) system. Soil samples were incubated aerobically for 20 weeks. The experimental design was completely randomized with three replications and six treatments, comprising a 3x2 factorial (amidic-N, ammonium- N or without N versus with or without cane residue). Nitrogen sources (enriched with 2 atom% 15N) were applied to the soil surface at a N dose of 100 mg kg-1 and residue sugarcane incorporated at 5.2 g kg-1. The N supply in ammonium chloride form resulted in decreased yield of sugar and stalks. Nitric-ammonium sources promoted higher activity of nitrate reductase in sugarcane leave; however, they did not affect total N accumulation. The sugarcane recovery of fertilizer-N was approximately 60% in early stages, dropping to about 20% near the maturity stage. The chloride ion reduced nitrate concentration in soil due to the anion action in the nitrification reaction. The sugarcane residue incorporation to the soil showed higher N immobilization rates and the use of ammonium sulfate resulted in higher N mineralization rates of native soil N compared to urea.

This doctoral thesis deals with the biogeochemical processes taking place in estuarine systems known as 'rias', located at the NW of the Iberian Peninsula. Its realization has been possible thanks to financial support from the JAE-Program of the Spanish Council for Scientific Research (CSIC) co-funded by the European Social Fund (ESF), and the ‘INTERESANTE' project, funded by the CICYT. Additionally, it is a contribution to the Spanish LOICZ program (Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone). An oceanographic characterization of the Northern Galician Rias is presented in Chapter 2. This chapter also involves an extensive analysis of summer upwelling and downwelling processes, winter shelf-water upwelling, and poleward intrusion in the northern Galician shelf. Chapter 3 deals with the fluvial contributions to the Northern Galician Rias, including the quantification of major and minor chemical elements (nutrient salts, trace elements) in the dissolved and particulate matter, chlorophyll-a, DIN, PON, DOC, POC and C/N ratio. In Chapter 4 the sediment-water fluxes of nutrients in a ria coastal systems are discussed. Fluxes driven by molecular diffusion and advective transport across sediment-water interfaces during tidal flooding for the Northern Galician Rias are calculated. Chapter 5 focuses on the hydrological, chemical and biological interactions in the Northern Galician Rias, exemplified by the case of the Ria of Barqueiro, identifying their oceanographic periods in relation to nutrient availability, primary production, phytoplankton biomass, taxonomic composition and hydrographic patterns.

Orientador: Fernando Braz Tangerino Hernandez / Resumo: A ocorrência de geadas nas pastagens causa perdas de alimento para os animais, reduzindo a produção de leite e carne. Existe uma diversidade de espécies forrageiras com grande potencial produtivo e ampla adaptação térmica, que podem ser cultivadas em áreas de risco desse fenômeno. No entanto é necessário caracterizar a tolerância dessas espécies a baixas temperaturas e as regiões com condições climáticas adequadas. Os métodos de avaliação de danos por baixas temperaturas são predominantemente qualitativos, baseados em critérios visuais que têm o viés da subjetividade. Esta tese teve como objetivos determinar as temperaturas mínimas de início de danos para sete espécies forrageiras e efetuar o zoneamento de risco de geadas para o estado do Paraná. Foram incluídas no estudo as forrageiras: Alfafa (Medicago sativa), Sorgo (Sorghum bicolor), Aveia Preta (Avena strigosa), Brachiaria brizantha cv. Marandu, Milheto (Pennisetum glaucum), capim Mombaça (Panicum maximum) e Tifton 85 (Cynodon spp). As plantas foram conduzidas em vasos em casa de vegetação até 60 dias e submetidas a baixas temperaturas no interior de uma câmara de crescimento com condições de luminosidade e temperatura controladas, atingindo valores mínimos de 0,2 -0,9, -1,8, -2,7, -4,1, -4,6 e -6,2oC, durante uma hora. Foram realizadas avaliações quantitativas pós testes de fluorescência da clorofila, condutividade elétrica de solução embebida com discos de folhas e atividade das enzimas ascorbato peroxidase (APX), cata... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

A gestão de recursos hídricos tornou-se cada vez mais complexa devido ao rápido crescimento sócio-econômico e as mudanças ambientais nas bacias hidrográficas nas últimas décadas. Modelos computacionais são importantes ferramentas de suporte na gestão de recursos hídricos e tomada de decisões devido a sua funcionalidade, provendo informações importantes sobre os principais processos físicos, químicos e biológicos, e permitindo melhorar o entendimento desses processos, os quais ocorrem em diferentes escalas espaciais e temporais. Na presente tese, o objetivo foi compreender o funcionamento hidrológico do sistema integrado bacia hidrográfica - lagoa, e os efeitos na hidrodinâmica do lago, utilizando como suporte o acoplamento da modelagem hidrológica - hidrodinâmica, e o uso de técnicas de sensoriamento remoto para o monitoramento de parâmetros de qualidade da água (e.g., clorofilaa, temperatura da superfície d’água e níveis da água). A área de estudo é a bacia hidrográfica da Lagoa Mirim, localizada no sul do Brasil, possuindo uma área total de 58.000 km2 (56% no Uruguai e o restante no Brasil). Foram propostos e testados modelos empíricos para estimativa de clorofila-a emumlago raso subtropical, baseados em imagens do sensor MODIS e técnicas estatísticas. Além disso, foi desenvolvido e avaliado o acoplamento da modelagem hidrológica-hidrodinâmica de grande escala e o sensoriamento remoto. O modelo hidrológico distribuído de grande escala MGBIPH acoplado com o modelo hidrodinâmico IPH-ECO foi utilizado para simular a bacia hidrográfica e os principais componentes hidrodinâmicos da Lagoa Mirim. O modelo mostrou bom desempenho quando comparado com observações de vazões, além de dados provenientes de sensoriamento remoto, através de altimetria espacial. As simulações mostraram importantes aspectos sobre a estrutura de fluxo, campos de velocidade e níveis d’água na lagoa, assim como a influência de grandes rios, forçantes externas como o vento (intensidade e direção) e o impacto do estressor antrópico (retiradas para irrigação) no sistema. As simulações permitiram avaliar aspectos relacionados com as variações espaciais e temporais (diurna, mensal, sazonal e inter-anual) da temperatura da superfície da água, a dinâmica dos fluxos de calor (sensível e latente) e os efeitos de eventos meteorológicos de pequena escala como frentes frias, os quais têm um impacto significativo sobre a temperatura superficial da água e os fluxos de calor na lagoa. Quanto aos modelos empíricos para estimativa de clorofila-a a partir do MODIS, os resultados mostram que um simples e eficiente modelo desenvolvido a partir de análise de regressão múltipla, apresentou ligeiras vantagens sobre os modelos de redes neurais artificiais, modelos multiplicativos não paramétricos e modelos empíricos (e.g., Appel, Kahru, FAI e O14a) usualmente utilizados na estimativa de Chl-a em ambientes aquáticos. Resultados também indicam que é inapropriado generalizar um único modelo desenvolvido a partir do conjunto total de dados, para estimar concentrações de Chl-a na lagoa, o que corrobora a heterogeneidade espacial na distribuição de Chl-a e as diferenças entre regiões (litoral e pelágica). A modelagem hidrológica-hidrodinâmica de grande escala apoiada por informação de sensoriamento remoto, mostrou ser uma abordagem promissora para o entendimento da estrutura e funcionamento de lagoas rasas de grande porte e longo prazo, úteis para a gestão integrada dos recursos hídricos. / The last decade, the water resource management is being complex due to the rapid socioeconomic development and environmental changes in river basins. Computations models are important support tools in water resource management and make decision providing important information and allowing a better comprehension of the physical, chemical and biologic processes, which occur in di erent temporal/spatial scales. In this thesis, the objective was to understand the hydrological functioning of the integrated basin- lake system and its e ects on hydrodynamics, using hydrodynamic - hydrodynamic modeling and water quality monitoring (e.g., chlorophyll-a, water surface temperature and water levels) from remote sensing techniques. The study area is the Lake Mirim basin, located between Brazil and Uruguay (basin total area 58.000 km2). Empirical models were proposed and tested to chlorophyll-a estimation in a shallow subtropical lake, based on MODIS imagery and statistics techniques. In addition, we developed and assessed the coupling of large scale hydrological/hydrodynamic modeling and remote sensing techniques. The large-scale distributed hydrological model MGB-IPH coupled with the hydrodynamic model IPHECO were used to simulate the river basin and the hydrodynamic components of the Lake Mirim. The coupled model showed good performance when compared to in-situ measurements and satellite altimetry data. The simulations showed important aspects relate to flow structure, velocity fields and lake water levels, as well as the influence of large rivers, external forcing as such the wind (intensity and direction), and the impact of anthropogenic stressors (irrigation withdrawals) in the system. The simulations allowed assessing the spatial and temporal variations (diurnal, monthly, seasonal and inter-annual) in the water surface temperature, heat fluxes dynamics (sensible and latent) and the e ects of short time-scale events, as such cold fronts passages over the lake, which cause strong impacts on the water surface temperature and heat fluxes in the lake. Regarding the empirical models developed to chlorophyll-a estimation from MODIS imagery, the results showed that a simple and e cient model developed from multiple regression analysis, performed best in comparison with artificial neural network models, non-parametric multiplicative models, and empirical models (e.g., Appel, Kahru, FAI and O14a) common used in the Chl-a estimation in aquatics environments. Results also indicated that is inappropriate to generalize a single model developed from the total datasets to estimates Chl-a in the lake, which corroborates the spatial heterogeneity (Chl-a distribution) and the di erences among regions (littoral and pelagic). The synergy between large-scale hydrological-hydrodynamic modeling, in situ measurements and remote sensing techniques provided a promising approach to improve the comprehension of the structure and ecosystem functioning of large shallow lakes in long-term time scale, useful to water resources management.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Phosphorus (P) is one of the macronutrient that most limits crop production, especially of that potato, a crop that is highly responsive to soil fertility. The deficiency of this nutrient occurs in more than half of the world's arable land. This work aimed to study the effect of two contrasting levels of P in potato genotypes through physiological (growth, chlorophyll a fluorescence, photosynthetic pigments) and biochemical parameters (acid phosphatase activity, phosphorus content in tissues), as well as determinate the efficiency and response index to P. The experiment was conducted hydroponically in a greenhouse, using sand as substrate. The treatments consisted of four potato genotypes SMIC148-A (C), SMIF212-2 (M), SMIG145-1 (O) and SMIJ319-7 (S) and two levels of phosphorus (P), 5% P and 50% (2,32 e 23,23 mg L-1) P of the standard solution. Evaluations were performed at 18, 39 and 62 days after transplanting (DAT). The low level of P was responsible for reductions in tuber yield and production of shoot and root, as decreases in the number of leaves and fresh and dry weight of these parts of the plant were found. The activity of the acid phosphatase enzyme was higher on 5% of P in root and lower in the fourth leaf at initial period of cultivation. The concentration of soluble phosphorus (Pi) and total P content in the tissue, were generally lower at the lower phosphorus level that at the highest level. The concentration of the photosynthetic pigments has been generally kept similar between levels. The Fv/Fm and Fv/Fo ratios as well as a transport rate of electrons (ETR1500) for some genotypes had reductions on 5% P. On the basis of P use and response efficiency indexes, genotypes SMIC148-A (C) and SMIF212-2 (M) were classified into NENR and genotypes SMIJ319-7(S) and SMIG145-1 (O) ER. Keywords: Solanum tuberosum, P use efficiency, P response efficiency, acid phosphatase, phosphorus content, a chlorophyll fluorescence, photosynthetic pigments. / O fósforo (P) é um dos macronutrientes que mais limita a produção agrícola, especialmente a produção de batata, que é uma cultura altamente responsiva à fertilidade do solo. A deficiência deste nutriente ocorre em mais da metade dos solos agricultáveis do mundo. Este estudo teve como objetivo estudar o efeito de níveis contrastantes de P em genótipos de batata através de parâmetros fisiológicos (crescimento, fluorescência da clorofila a, pigmentos fotossintéticos) e bioquímicos (atividade da fosfatase ácida, teor de fósforo nos tecidos), bem como a determinação de índices de eficiência e resposta ao P. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, em sistema hidropônico em areia. Os tratamentos utilizados constaram de quatro genótipos de batata, SMIC148-A (C), SMIF212-2 (M), SMIG145-1 (O) e SMIJ319-7 (S) e dois níveis de fósforo (P), 5% de P e 50% (2,32 e 23,23 mg L-1, respectivamente) de P da solução padrão. As avaliações foram realizadas aos 18, 39 e 62 dias após o transplantio (DAT). O baixo nível de P foi responsável por reduções na produção de tubérculos bem como na produção de parte aérea e raiz, pois se verificou decréscimos no número de folhas e na massa fresca e seca destas partes da planta. A atividade da enzima fosfatase ácida foi maior em 5% de P em raiz e menor na quarta folha em período inicial de cultivo. A concentração de fósforo solúvel (Pi) bem como o conteúdo de P total no tecido, foram em geral menores no menor nível de P que no maior nível. A concentração de pigmentos fotossintéticos de maneira geral foi mantida em baixo P. As razões Fv/Fm e Fv/Fo, bem como a taxa de transporte de elétrons (ETR1500) para alguns genótipos tiveram reduções em 5% de P. A partir de índices de eficiência de uso e resposta ao P o genótipos SMIC148-A (C) e SMIF212-2 (M) foram classificados em NENR e os genótipos SMIJ319-7(S) e SMIG145-1 (O) em ER.

A gestão de recursos hídricos tornou-se cada vez mais complexa devido ao rápido crescimento sócio-econômico e as mudanças ambientais nas bacias hidrográficas nas últimas décadas. Modelos computacionais são importantes ferramentas de suporte na gestão de recursos hídricos e tomada de decisões devido a sua funcionalidade, provendo informações importantes sobre os principais processos físicos, químicos e biológicos, e permitindo melhorar o entendimento desses processos, os quais ocorrem em diferentes escalas espaciais e temporais. Na presente tese, o objetivo foi compreender o funcionamento hidrológico do sistema integrado bacia hidrográfica - lagoa, e os efeitos na hidrodinâmica do lago, utilizando como suporte o acoplamento da modelagem hidrológica - hidrodinâmica, e o uso de técnicas de sensoriamento remoto para o monitoramento de parâmetros de qualidade da água (e.g., clorofilaa, temperatura da superfície d’água e níveis da água). A área de estudo é a bacia hidrográfica da Lagoa Mirim, localizada no sul do Brasil, possuindo uma área total de 58.000 km2 (56% no Uruguai e o restante no Brasil). Foram propostos e testados modelos empíricos para estimativa de clorofila-a emumlago raso subtropical, baseados em imagens do sensor MODIS e técnicas estatísticas. Além disso, foi desenvolvido e avaliado o acoplamento da modelagem hidrológica-hidrodinâmica de grande escala e o sensoriamento remoto. O modelo hidrológico distribuído de grande escala MGBIPH acoplado com o modelo hidrodinâmico IPH-ECO foi utilizado para simular a bacia hidrográfica e os principais componentes hidrodinâmicos da Lagoa Mirim. O modelo mostrou bom desempenho quando comparado com observações de vazões, além de dados provenientes de sensoriamento remoto, através de altimetria espacial. As simulações mostraram importantes aspectos sobre a estrutura de fluxo, campos de velocidade e níveis d’água na lagoa, assim como a influência de grandes rios, forçantes externas como o vento (intensidade e direção) e o impacto do estressor antrópico (retiradas para irrigação) no sistema. As simulações permitiram avaliar aspectos relacionados com as variações espaciais e temporais (diurna, mensal, sazonal e inter-anual) da temperatura da superfície da água, a dinâmica dos fluxos de calor (sensível e latente) e os efeitos de eventos meteorológicos de pequena escala como frentes frias, os quais têm um impacto significativo sobre a temperatura superficial da água e os fluxos de calor na lagoa. Quanto aos modelos empíricos para estimativa de clorofila-a a partir do MODIS, os resultados mostram que um simples e eficiente modelo desenvolvido a partir de análise de regressão múltipla, apresentou ligeiras vantagens sobre os modelos de redes neurais artificiais, modelos multiplicativos não paramétricos e modelos empíricos (e.g., Appel, Kahru, FAI e O14a) usualmente utilizados na estimativa de Chl-a em ambientes aquáticos. Resultados também indicam que é inapropriado generalizar um único modelo desenvolvido a partir do conjunto total de dados, para estimar concentrações de Chl-a na lagoa, o que corrobora a heterogeneidade espacial na distribuição de Chl-a e as diferenças entre regiões (litoral e pelágica). A modelagem hidrológica-hidrodinâmica de grande escala apoiada por informação de sensoriamento remoto, mostrou ser uma abordagem promissora para o entendimento da estrutura e funcionamento de lagoas rasas de grande porte e longo prazo, úteis para a gestão integrada dos recursos hídricos. / The last decade, the water resource management is being complex due to the rapid socioeconomic development and environmental changes in river basins. Computations models are important support tools in water resource management and make decision providing important information and allowing a better comprehension of the physical, chemical and biologic processes, which occur in di erent temporal/spatial scales. In this thesis, the objective was to understand the hydrological functioning of the integrated basin- lake system and its e ects on hydrodynamics, using hydrodynamic - hydrodynamic modeling and water quality monitoring (e.g., chlorophyll-a, water surface temperature and water levels) from remote sensing techniques. The study area is the Lake Mirim basin, located between Brazil and Uruguay (basin total area 58.000 km2). Empirical models were proposed and tested to chlorophyll-a estimation in a shallow subtropical lake, based on MODIS imagery and statistics techniques. In addition, we developed and assessed the coupling of large scale hydrological/hydrodynamic modeling and remote sensing techniques. The large-scale distributed hydrological model MGB-IPH coupled with the hydrodynamic model IPHECO were used to simulate the river basin and the hydrodynamic components of the Lake Mirim. The coupled model showed good performance when compared to in-situ measurements and satellite altimetry data. The simulations showed important aspects relate to flow structure, velocity fields and lake water levels, as well as the influence of large rivers, external forcing as such the wind (intensity and direction), and the impact of anthropogenic stressors (irrigation withdrawals) in the system. The simulations allowed assessing the spatial and temporal variations (diurnal, monthly, seasonal and inter-annual) in the water surface temperature, heat fluxes dynamics (sensible and latent) and the e ects of short time-scale events, as such cold fronts passages over the lake, which cause strong impacts on the water surface temperature and heat fluxes in the lake. Regarding the empirical models developed to chlorophyll-a estimation from MODIS imagery, the results showed that a simple and e cient model developed from multiple regression analysis, performed best in comparison with artificial neural network models, non-parametric multiplicative models, and empirical models (e.g., Appel, Kahru, FAI and O14a) common used in the Chl-a estimation in aquatics environments. Results also indicated that is inappropriate to generalize a single model developed from the total datasets to estimates Chl-a in the lake, which corroborates the spatial heterogeneity (Chl-a distribution) and the di erences among regions (littoral and pelagic). The synergy between large-scale hydrological-hydrodynamic modeling, in situ measurements and remote sensing techniques provided a promising approach to improve the comprehension of the structure and ecosystem functioning of large shallow lakes in long-term time scale, useful to water resources management.

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Dentro desse contexto, o presente estudo visou descrever elementos representativos da paleoprodutividade do Atlântico Equatorial Oeste no Pleistoceno tardio, por meio da análise de dados sedimentológicos e geoquímicos do testemunho sedimentar MD09-3243CQ coletado no talude da margem continental do nordeste do Brasil. A partir desse testemunho, foi recuperado o período entre 33.700 e 10.150 anos cal A.P., o qual foi dividido em seis fases principais, de acordo com a análise de agrupamento das frações granulométricas representativas do testemunho. As fases apresentaram características distintas em função de mudanças das condições paleoambientais, paleoceanográficas e da paleoprodutividade. O cenário do último glacial (Fase V), caracterizado pela alta produtividade carbonática e baixa produtividade orgânica (COT = 0,40 ± 0,12%; NT = 0,05 ± 0,01%; derivados de clorofila = 0,06 ± 0,04 SPDU; teor de carbonato = 51,04 ± 6,39%), foi gradualmente substituído por ambiente com certa influência terrígena em virtude do clima mais seco e maior erosão, como sugerido pela razão C/N e δ13C, que proporcionou o aumento da produtividade fitoplanctônica, e, assim, das concentrações de COT (0,90 ± 0,25%), NT (0,09 ±0,02%) e derivados de clorofila (0,12 ± 0,07 SPDU) durante o Último Máximo Glacial (Fase IV). No H1, por outro lado, foi observada uma redução abrupta das concentrações destas variáveis e da razão C/N, concomitante com o aumento do teor de carbonato, δ13C e δ15N, indicando uma produtividade estritamente marinha, com maior remineralização da matéria orgânica. Essas alterações na paleoprodutividade estão relacionadas ao enfraquecimento da AMOC e aumento da temperatura no Atlântico Equatorial durante o H1, que resultaram em um ambiente mais oligotrófico e com maior precipitação de carbonatos. O YD (Fase II) apresentou uma tendência oposta ao H1 e semelhante ao LGM. O tardiglacial (final da Fase II e Fase I), por sua vez, apresentou uma redução do COT, NT e derivados de clorofila de 1,21 ± 0,24%, 0,11 ± 0,02% e 0,27 ± 0,08 SPDU para 0,83 ± 0,06%, 0,08 ± 0,01% e 0,15 ± 0,05 SPDU, respectivamente, acompanhado de uma ligeira diminuição do C/N (de 10,98 ± 1,05 para 10,47 ± 0,59) e valores menos negativos de δ13C (-21,92 ± 1,26‰ para -20,31 ± 0,25‰). De uma forma geral, a relação entre a razão C/N e δ13C sugeriu a presença de matéria orgânica predominantemente marinha ao longo do testemunho, com alguns períodos com tendências terrígenas. A taxa de sedimentação foi relativamente baixa 0,013 ± 0,051 cm.ano-1, apresentando maiores valores nos primeiros 100 cm. Os resultados mostram que a paleoprodutividade nessa região foi influenciada pelas alternâncias de inputs terrestres e produção de carbonatos ao longo do Pleistoceno tardio / The ocean circulation system plays an important role in climate on Earth. Once the Equatorial Atlantic is the connection point between the South and North Atlantic, paleoceanographic studies in this area can contribute to the understanding of the processes and factors involved in climate variations over geological time, especially during the Quaternary. Within this context, The present study aimed to describe representative elements of the western equatorial Atlantic paleoproductivity during the Last Glacial through the sedimentological and geochemical analysis of sedimentary MD09-3243CQ core collected in the slope of the continental margin of northeastern Brazil. It was recovered the period between 33,700 and 10,150 years B.P., which was divided into six main phases, according to the cluster analysis of representative size fractions. Stages had different characteristics due to changes of paleoenvironmental conditions, paleoceanographic and paleoproductivity. The Last Glacial scenario (Phase V), characterized by high productivity and low carbonate marine primary productivity (TOC = 0.40 ± 0.12%; TN = 0.05 ± 0.01%, derived from chlorophyll = 0.06 0.04 ± SPDU; carbonate = 51.04 ± 6.39%) was gradually replaced by environmental influenced by terrigenous material because the drier climate and greater erosion, as suggested by the C/N ratio and δ13C that provided increased phytoplankton productivity, and thus the concentrations of TOC (0.90 ± 0.25%), TN (0.09 ± 0.02%) and derivatives of chlorophyll (0.12 ± 0.07 SPDU) during the Last Glacial Maximum (Phase IV). During H1, on the other hand, an abrupt reduction of the concentrations of these variables and the C/N ratio, concomitant with the increase in carbonate content, δ13C and δ15N was observed, indicating a strictly marine productivity with increased remineralization of organic matter. These changes in paleoproductivity are related to the weakening of AMOC and increase of temperature in the Equatorial Atlantic during H1, which resulted in a more oligotrophic environment and greater precipitation carbonates. The YD (Phase II) had an opposite trend to H1 and was similar to LGM. The Late Glacial (end of Phase II and Phase I), in turn, showed a reduction in TOC, TN and derivatives of chlorophyll 1.21 ± 0.24%, 0.11 ± 0.02%, and 0.27 ± 0.08 SPDU, to 0.83 ± 0.06%, 0.08 ± 0.01% and 0.15 ± 0.05 SPDU, respectively, accompanied by a slight decrease in the C/N (10.98 ± 1.05 to 10.47 ± 0.59) and less negative values of δ13C (-21.92 ± 1.26 ‰ to -20.31 ± 0.25 ‰). In general, the relation between the C/N ratio and δ13C suggested organic matter predominantly marine with some periods with terrigenous trends. The sedimentation rate was relatively low, 0.013 ± 0.051 cm.year-1, with higher values in the first 100 cm. The results show that paleoproductivity in the studied region was influenced by the alternation of terrigenous input and carbonate production during the Late Pleistocene