Cette thèse est une étude de l'applicabilité des profileurs acoustiques Doppler horizontaux (H-ADCP) pour le suivi des flux d'eau et de matières en suspension (MES) dans les rivières. Plus d'un an de données acquises avec des H-ADCP de 300, 600 et 1200 kHz sur quatre sites, sur le Rhône, l'Isère et la Saône, avec des géométries et des conditions de forçage contrastées sont analysées. Les résultats montrent qu'une profondeur de section limitée peut poser problème en raison de la diffusion d'une partie de l'énergie acoustique par la surface libre. De plus, quand l'intensité rétrodiffusée par les particules est trop faible, les mesures de vitesse sont sous-estimées ou plus dispersées par rapport aux mesures de référence. Des relations de vitesse indice sont toutefois établies en fonction de l'intensité et de la concentration afin de corriger les vitesses. La concentration en MES est déterminée à partir de l'atténuation acoustique qui est importante pour des suspensions concentrées de limons (> ~100 mg/L). Les constantes d'atténuation sont obtenues par calage sur des mesures de turbidité~; elles sont proches des valeurs théoriques calculées pour les distributions granulométriques des particules primaires. Les mesures acoustiques de concentration sont en bon accord avec les mesures de référence et reproduisent finement la dynamique temporelle. En outre, l'évolution de la granulométrie est étudiée à partir des mesures multi-fréquences d'atténuation sous l'hypothèse que les distributions granulométriques sont lognormales. Cette étude montre qu'une fois que les conditions limites pour des mesures fiables sont bien établies, le H-ADCP est un outil performant pour le suivi des flux d'eau et de MES dans les rivières, surtout pendant des périodes de fortes concentrations telles que des crues. / The work investigates the feasibility of using horizontal acoustic Doppler current profilers (H-ADCPs) to monitor fluxes of water and suspended sediment in rivers. Year-long data sets acquired with H-ADCPs operating at 300, 600 and 1200 kHz at four sites with varying geometries and flow forcing conditions on the Rhône, Saône and Isère rivers are analyzed. Findings show that limited depth can pose a problem due to scattering of a fraction of the acoustic energy from the air-water interface. A second problem arises when the backscattered intensity from the suspended sediment is too weak; this leads to underestimation or higher variability of the velocity estimates compared to reference values. Nevertheless, index-velocity relationships are established as a function of concentration and intensity in order to correct the velocity measurements. Concentrations of suspended sediment can be determined from the acoustic attenuation, which is substantial for silt-sized particles at concentrations > ~100 mg/L. Attenuation constants obtained by comparison with turbidity data are in good agreement with the theoretical values calculated for the measured grain size distributions of the primary particles. The acoustic measurements of concentration are in good agreement with reference methods in terms of both amplitude and temporal resolution. Grain size is determined from multi-frequency attenuation data, accounting for lognormal grain size distributions. Our findings show that once the limits of accurate velocity measurements are well established for a given site and instrument, the side-looking ADCP can be a valuable tool for monitoring concentration and changes in grain size throughout high concentration events such as floods.

By collocating 10 years (1999-2009) of remotely sensed surface turbulent heat fluxes with satellite altimetry data, we investigate the impact of ocean mesoscale eddies on the latent and sensible heat fluxes in the South Atlantic ocean. Eddies were identified using the method proposed by Chaigneau et al. (2009), which is based on closed contours of sea level anomaly. Most of the identified eddies had a radius of ~70 km and amplitude of ~5 cm. On average, in the South Atlantic, eddies play a minor role on the ocean-atmosphere heat exchange. However, in strongly energetic regions such as the Brazil-Malvinas confluence or Agulhas Current retroflection regions, eddies can account up to 20-30% of the total variance of the surface turbulent heat fluxes with averaged anomalies of ±10-20 W/m2 for both heat flux components. Cyclonic (anticyclonic) eddies, associated with negative (positive) heat fluxes anomalies tend to cool (warm) the overlying atmosphere. A composite analysis of the turbulent heat fluxes anomalies within the eddies reveals a direct relationship between the eddy amplitude and the intensity of the latent and sensible fluxes anomalies, such that large-amplitude eddies have a stronger signature in the turbulent surface heat fluxes. Heat fluxes anomalies are also much stronger near the eddy centers and decay radially to reach minimum values outside the eddies. / Uma combinação de 10 anos (1999-2009) de fluxos turbulentos de calor pela superfície, medidos a partir de satélites, e dados altimétricos de anomalia da altura da superfície do mar, foram o utilizados com objetivo de investigar o impacto de vórtices de meso-escala nos fluxos de calor sensível e latente na bacia do Atlântico Sul. Para a detecção dos vórtices foi aplicado o método proposto por Chaigneau et al. (2009), que baseia-se em contornos fechados de anomalia da altura da superfície do mar. A maior parte dos vórtices identificados possui raio de ~70 km e amplitude de ~5 cm. Em média, no Atlântico Sul, o impacto dos vórtices para as trocas de calor entre oceano e atmosfera é relativamente fraco. Entretanto, em regiões de alta variabilidade energética como na Confluência Brasil- Malvinas e na retroflecção da Corrente das Agulhas, vórtices de meso-escala podem contribuir com anomalias médias de até ±10-20 W/m2 nos fluxos turbulentos. Vórtices ciclônicos (anti-ciclônicos), associados com anomalias negativas (positivas) de fluxos de calor, tendem a esfriar (esquentar) a atmosfera adjacente. Mapas composite foram analisados para milhares de vórtices, mostrando um relação direta entre a magnitude das anomalias dos fluxos e a amplitude dos vórtices, de tal modo que vórtices de maior amplitude contribuem com maiores anomalias de calor latente e sensível. Além disso, os padrões espaciais dos composites médios revelam que as anomalias são significativamente maiores próximo ao centro dos vórtices e decaem radialmente até atingirem valores absolutos mínimos fora dos contornos dos vórtices.

O reúso da água é uma prática amplamente estudada e recomendada por diversos pesquisadores como alternativa viável para suprir as necessidades hídricas e, parte das demandas nutricionais das plantas. No Brasil, esta atividade está em processo de desenvolvimento. Sua implantação está condicionada a especificidades locais, respeitando as legislações dos recursos hídricos, proteção ao meio ambiente e saúde pública. Além de fatores como qualidade do efluente tratado e seleção de culturas a serem irrigadas, faz-se necessário aplicar práticas adequadas de manejo, para conservação das propriedades físico-químicas e biológicas do sistema solo, planta e atmosfera. Diante do exposto, o presente trabalho teve como objetivo a avaliação do comportamento dos íons na solução do solo e no solo, do fluxo de gases do efeito estufa e da produtividade da água da cultura, em um sistema de produção irrigado com efluente de abatedouro tratado por sistema anaeróbio, no cultivo de capim coastcross para feno, em diferentes doses de adubação nitrogenada. O delineamento experimental adotado foi em blocos ao acaso, com cinco tratamentos e quatro repetições, sendo estes: T1 - irrigação com água superficial e adição de 100% de adubação nitrogenada (AN) recomendada; T2, T3, T4 e T5 - irrigação com efluente tratado de abatedouro e adição de 0; 33%; 66% e 100 % de AN, respectivamente. Sendo a AN 50 kg ha-1 corte-1 de nitrogênio, na forma de ureia. O solo foi avaliado quimicamente nas profundidades de 0-0,20 m e 0,20-0,40 m, para os parâmetros de fertilidade e sódio trocável. A solução do solo foi obtida por pasta de saturação para posterior análise dos íons Na+, Mg2+, Ca2+, K+, SO4-, NO2-, NO3- e NH4+. A produtividade da água foi determinada pela relação entre produção de massa seca do capim e lâmina de irrigação mais precipitação pluviométrica. A coleta de gases do solo foi realizada por câmaras estáticas e os gases analisados foram gás carbônico, metano e óxido nitroso, por cromatografia gasosa, para determinação do fluxo de gases do solo. Os dados foram avaliados nas estações inverno-primavera (ano 2017) e verão-outono (ano 2018). Os resultados comprovam o potencial do uso de efluentes tratados de abatedouro na irrigação do capim coastcross, como forma complementar ao tratamento anaeróbio. O manejo adotado concentrou os elementos químicos do solo na camada 0-0,20 m, profundidade efetiva do sistema radicular do capim. O aporte de sais ao solo ocorreu nos tratamentos com efluente, no período inverno-primavera, as precipitações ocorridas no período seguinte (verão) foram suficientes para lixiviar os sais para a camada inferior do solo. A análise de solução do solo comprovou o potencial de lixiviação de nitrogênio na forma de nitrato e nitrito, durante todo o período estudado, principalmente para o tratamento com efluente tratado de abatedouro e 100% da AN. Os tratamentos não influenciaram a produtividade da água. A avaliação do fluxo de gases de efeito estufa do solo comprovou a influência das variáveis climáticas e da umidade do solo, ao longo do tempo. O fluxo de CO2 foi maior na coleta de dezembro/2017, incrementado nos tratamentos com efluente. Considerando a dinâmica de solutos no solo, o potencial do aporte de nutrientes e o teor salino do efluente, assim como o fluxo de gases de efeito estufa do solo, o tratamento com efluente tratado de abatedouro, sem adubação nitrogenada, foi o tratamento mais adequado para as condições de desenvolvido do experimento. / Water reuse is a practice widely studied and recommended by several researchers as a viable alternative to meet water needs and part of the nutritional demands of plants. In Brazil, this activity is in the process of development. Its implementation is conditioned to local specificities, respecting the laws of water resources, protection of the environment and public health. In addition to factors such as the quality of the treated effluent and the selection of crops to be irrigated, it is necessary to apply appropriate management practices for the conservation of the physical-chemical and biological properties of the soil, plant and atmosphere system. In view of the above, the present work had the objective of evaluating the behavior of the ions in soil and soil solution, the greenhouse gas flow and the crop water productivity, in an irrigated production system with treated slaughterhouse effluent by anaerobic system, in the cultivation of coastcross grass for hay, at different doses of nitrogen fertilization. The experimental design was a randomized complete block design, with five treatments and four replications: T1 - irrigation with superficial water and addition of 100% of recommended nitrogen fertilization (AN); T2, T3, T4 and T5 - irrigation with treated effluent from slaughterhouse and addition of 0; 33%; 66% and 100% AN, respectively. Being the AN 50 kg ha-1 cut-1 of nitrogen, in the form of urea. The soil was chemically evaluated at depths of 0-0,20 m and 0,20-0,40 m, for fertility and exchangeable sodium parameters. The solution of the soil was obtained by saturation paste for later analysis of Na+, Mg2+, Ca2+, K+, SO4-, NO2-, NO3- and NH4+ ions. The water productivity was determined by the relation between dry mass production of the grass and irrigation blade plus rainfall. Soil gas collection was performed by static chambers and the gases analyzed were carbon dioxide, methane and nitrous oxides, all by gas chromatography, to determine the flow of soil gases. The data were evaluated in the seasons winter-spring (2017) and summer-autumn (2018). The results confirm the potential of the use of treated effluents from slaughterhouse on coastcross grass irrigation as a complementary form to the anaerobic treatment. The management adopted concentrated the chemical elements of the soil in the layer 0-0,20 m, effective depth of the grass root system. The contribution of salts in the soil occurred in the treatments with effluent, in the winter-spring period, the precipitations occurred in the following period (summer) were sufficient to leach the salts to the lower layer of the soil. The soil solution analysis showed the potential of nitrogen leaching in the form of nitrate and nitrite, during the whole studied period, mainly for treatment with slaughterhouse treated effluent and 100% AN. Treatments did not influence water productivity. The evaluation of the flow of greenhouse gases from the soil proved the influence of climatic variables and soil moisture over time. The CO2 flux was higher in the collection of December / 2017, increased in the treatments with effluent. Considering the dynamics of solutes in the soil, the nutrient supply potential and the saline content of the effluent, as well as the greenhouse gas flow of the soil, treatment with treated effluent from slaughterhouse, without nitrogen fertilization, was the most appropriate treatment for the developed conditions of the experiment.

Les tourbières ont stocké un tiers du carbone organique des sols mondiaux (C) malgré une superficie ne représentant que 3% de la surface terrestre. Cependant, en réponse aux changements globaux, les tourbières boréales et tempérées, majoritairement dominées par des sphaignes, peuvent être envahies par des plantes vasculaires susceptibles de modifier la dynamique du C dans ces écosystèmes. Cette thèse vise à étudier comment la présence des plantes vasculaires affecte le cycle du C des tourbières à sphaignes. Ces travaux ont porté principalement sur une plante envahissante de nombreuses tourbières, Molinia caerulea, via une étude en mésocosmes. Les expérimentations montrent que les plantes vasculaires sont à la fois favorables à la croissance des sphaignes et à la décomposition des litières. In fine, les résultats montrent que la présence de Molinia caerulea augmente la capacité de stockage du C dans les mésocosmes de sphaignes (30 to 220 gC stock m⁻² an⁻1), probablement liée à la forte productivité racinaire de cette plante. Cependant, cela semble s’opérer au détriment du C déjà stocké dans la tourbe avec une stimulation des microorganismes à travers la production d’exsudats racinaires. Ces derniers semblent également, d’une part promouvoir la consommation du C organique dissous et les émissions de CO₂ et de CH₄ observées en présence de Molinia caerulea, et d’autre part être responsables de la modification de la sensibilité à la température des exports de C via des changements des communautés microbiennes. L’impact de Molinia caerulea sur les microorganismes va aussi altérer ceux impliqués dans le cycle du N et entrainer une diminution des émissions de N₂O. / Peatlands have stored a third of the soil organic Carbon (C) in only 3% of the land area. However, in response to global change, boreal and temperate peatlands may shift from Sphagnum to vascular plant-dominated peatlands that may alter their C-sink function. This thesis aims at providing a better understanding of the vascular plants interactions in a Sphagnum dominated peatland and their implications on the C cycle. This work mainly focus on the invasion of a graminoid plant, Molinia caerulea, through a mesocosm experiment. Results from experiments show that vascular plants are both able to promote the growth of Sphagnum mosses as well as the decomposition of their litter. Molinia caerulea occurrence appears to increase the C sink capacity of Sphagnum peat mesocosms passing of 30 to 220 gC stock m⁻² y⁻1. This capacity of Molinia caerulea to store C is probably due to it high roots productivity. However, it also seems to stimulate the decomposition of ‘old’ C, stored as peat, by stimulating microorganisms activity through roots exudates. These latter also promote the dissolved organic C consumption and CO₂ and CH₄ emissions observed with Molinia caerulea occurrence, as well as the temperature sensitivity of C exports by altering the microbial communities. Molinia caerulea impacts on microorganisms also affect N cycle conducting to a decrease of N₂O emissions in these ecosystems.

A conversão de florestas em pastagens e seu subseqüente abandono tem ocorrido por toda Amazônia, e embora exista muita pesquisa sobre as conseqüências desta mudança de cobertura do solo, ainda existem muitas perguntas sobre os processos biogeoquímicos associados a estas mudanças. Neste estudo, nós avaliamos os efeitos da mudança de cobertura sobre a respiração do solo em pastagens e florestas secundárias e intactas próximo de Rio Branco, Acre. Utilizou-se o método de câmaras dinâmicas associadas com analisador de gás por infravermelho. As folhas de gramíneas dentro dos anéis de medida nas pastagens foram responsáveis por cerca de 50% do fluxo durante a estação chuvosa, mas na estação seca, sua influência pode ser confundida com a variabilidade entre os anéis de medida. Os maiores fluxos de CO2 são observados em pastagens e não em florestas, mesmo se descontado o efeito das folhas em pastagens. As maiores amplitudes de variação sazonal também foi observada em pastagens. Devido aos maiores fluxos em pastagens, o fluxo anual de CO2 do solo para atmosfera foi 20% maior em pastagens em comparação com as florestas. A respiração heterotrófica é similar em pastagens e florestas secundárias e intactas, mostrando que a respiração autotrófica é responsável pelos altos fluxos de CO2 em pastagens . O ?13C do CO2 de origem heterotrófica em pastagem foi de -15‰, demonstrando que os microrganismos do solo se alimentam principalmente de matéria orgânica originado da pastagem. / Conversion of forest to cattle pastures and subsequent abandonment of those pastures is occurring throughout the Amazon Basin, but the biogeochemical consequences of this land cover change are not well understood. In this study we assess the effects of land-use change on soil respiration in pastures, secondary forests and mature forests near Rio Branco, Acre. Leaves inside the measurement chambers were responsible for about 50% of the pasture fluxes in the wet season, but in the dry season its influence was confounded with variability within replicates. The greatest CO2 fluxes are observed in pastures, which also presented the greatest amplitude of seasonal variation. Annual fluxes were 20% higher in pastures compared to forests. Heterotrophic respiration was similar in pasture and mature and secondary forests, indicating that autotrophic respiration is probably the main cause of higher fluxes in pastures. The ?13C of heterotrophic respired CO2 in pasture was -15‰, showing that microorganisms in pasture soil are feeding mostly on carbon from grasses and not from remaining forest carbon.

A acidificação dos oceanos, resultado do aumento das emissões de gás carbônico (CO2), por atividades antrópicas, vem causando uma mudança no equilíbrio químico do sistema carbonato e uma consequente diminuição do pH nos oceanos mundiais. Cerca de 30% das emissões antropogênicas de CO2 é absorvida pelo oceano, o que já reduziu o PH em 0,1 unidade em águas superficiais e são esperadas ainda maiores reduções. A escala de mudanças \"toleráveis\" de pH ainda é incerta para muitos organismos e pouco conhecida para muitos processos biológicos, particularmente no sedimento. Este trabalho teve como objetivo quantificar tanto as taxas atuais de remineralização da matéria orgânica e fluxos de nutrientes na interface água-sedimento, como as alterações nessas taxas em resposta a diferentes cenários de acidificação do oceano, usando câmaras de incubação bêntica tanto in situ como em laboratório. Os experimentos in situ e coleta de material para montagem dos experimentos em laboratório foram realizados através de mergulho autônomo, na área rasa de Ubatuba-SP (6-8 m de profundidade). As incubações mostraram alto consumo de O2, variando entre -17 mmol m-2 d-1 em Julho de 2012 e -112 mmol m-2 d-1 em Abril e Junho de 2013. Houve uma dominância da nitrificação, com fluxos entre 0.2 and 0,4 µmol m-2 d-1 (sem variação temporal). As incubações também mostraram fluxos positivos de amônio, sendo os mais altos (1.0 - 1.5 µmol m-2 d-1) observados em Março, Abril e Junho de 2013. No geral, os processos de heterotrofia líquida prevaleceram sobre os processos autotróficos na região de estudo. Esses resultados indicam que os processos que ocorrem nos sedimentos costeiros de Ubatuba são: (1) remineralização aeróbica bêntica, (2) processos de nitrificação maiores que denitrificação e (3) provável excreção de organismos bênticos. O experimento de acidificação in situ indicou um aumento nos fluxos de O2 (de 0.02 para 45 mmol m-2 d-1). Os experimentos com acidificação mostraram efeitos similares: aumento do consumo médio de O2 e liberação de CO2, principalmente na areia. Houve diminuição nos processos de nitrificação em resposta à diminuição do pH. O estudo forneceu resultados importantes e inéditos sobre os processos biogeoquímicos em sedimentos costeiros da região de Ubatuba (SP), assim como os efeitos da acidificação dos oceanos nos processos biogeoquímicos em sedimentos costeiros. / Ocean acidification, a result of an increase in carbon dioxide (CO2) anthropic emissions, has caused a change in the chemical balance of the carbonate system and a consequent pH decrease in the world\'s oceans. Approximately 30% of anthropogenic CO2 is absorbed by the ocean, which has already reduced the pH by ∼0.1 units in surface waters (with further reductions expected). The scale of \"tolerable\" pH changes is still uncertain for many organisms and little-known for biological processes, particulary for the sediment. This work aimed to quantify both the current rates of organic matter remineralization and nutrient fluxes at the sediment-water interface and the changes in those rates in response to different ocean acidification scenarios, using benthic incubation chambers both in situ and in the laboratory. The in situ studies and sample collections for laboratory experiments were performed via SCUBA in a shallow area near Ubatuba-SP (6-8 m deep). Incubation experiments showed high oxygen (O2) consumption, ranging from -17 mmol m-2 d-1 in July 2012 to -112 µmol m-2 d-1 in April and June 2013. They also exhibited a dominance of nitrification, with fluxes between 0.2 and 0,4 µmol m-2 d-1 (with no temporal variation). Incubations also exhibited a release of ammonium, with the highest fluxes (1.0 - 1.5 µmol m-2 d-1) in March, April and June 2013. In general, net heterothrophic processes prevailed over autotrophic processes for the study region. The interstitial water parameters (ammonium, phosphate, dissolved iron and total sulfides) exhibited no significant difference between the two kinds of sediment analyzed, silt (station 1) and sand (station 2). These results suggested that the processes occurring in the coastal sediments of Ubatuba are: (1) benthic remineralization mediated by bacterial biota, (2) nitrification prevailed over denitrification and (3) probably excretion by benthic organisms. The experiment in situ indicated an increase in the fluxes of O2 (from -70 to -108 µmol m-2 d-1) and CO2 (from 0.02 to 45 µmol m-2 d-1). The acidification experiments showed a similar effect: a higher O2 average consumption and CO2 release, mostly in the sandy sediment. A decrease in nitrification processes occurred in response to decreased pH. This work has provided a baseline for the biogeochemical processes in coastal sediments in Ubatuba (SP), as well as demonstrated the effects of ocean acidification on biogeochemical processes in coastal sediments.

A acidificação dos oceanos, resultado do aumento das emissões de gás carbônico (CO2), por atividades antrópicas, vem causando uma mudança no equilíbrio químico do sistema carbonato e uma consequente diminuição do pH nos oceanos mundiais. Cerca de 30% das emissões antropogênicas de CO2 é absorvida pelo oceano, o que já reduziu o PH em 0,1 unidade em águas superficiais e são esperadas ainda maiores reduções. A escala de mudanças \"toleráveis\" de pH ainda é incerta para muitos organismos e pouco conhecida para muitos processos biológicos, particularmente no sedimento. Este trabalho teve como objetivo quantificar tanto as taxas atuais de remineralização da matéria orgânica e fluxos de nutrientes na interface água-sedimento, como as alterações nessas taxas em resposta a diferentes cenários de acidificação do oceano, usando câmaras de incubação bêntica tanto in situ como em laboratório. Os experimentos in situ e coleta de material para montagem dos experimentos em laboratório foram realizados através de mergulho autônomo, na área rasa de Ubatuba-SP (6-8 m de profundidade). As incubações mostraram alto consumo de O2, variando entre -17 mmol m-2 d-1 em Julho de 2012 e -112 mmol m-2 d-1 em Abril e Junho de 2013. Houve uma dominância da nitrificação, com fluxos entre 0.2 and 0,4 µmol m-2 d-1 (sem variação temporal). As incubações também mostraram fluxos positivos de amônio, sendo os mais altos (1.0 - 1.5 µmol m-2 d-1) observados em Março, Abril e Junho de 2013. No geral, os processos de heterotrofia líquida prevaleceram sobre os processos autotróficos na região de estudo. Esses resultados indicam que os processos que ocorrem nos sedimentos costeiros de Ubatuba são: (1) remineralização aeróbica bêntica, (2) processos de nitrificação maiores que denitrificação e (3) provável excreção de organismos bênticos. O experimento de acidificação in situ indicou um aumento nos fluxos de O2 (de 0.02 para 45 mmol m-2 d-1). Os experimentos com acidificação mostraram efeitos similares: aumento do consumo médio de O2 e liberação de CO2, principalmente na areia. Houve diminuição nos processos de nitrificação em resposta à diminuição do pH. O estudo forneceu resultados importantes e inéditos sobre os processos biogeoquímicos em sedimentos costeiros da região de Ubatuba (SP), assim como os efeitos da acidificação dos oceanos nos processos biogeoquímicos em sedimentos costeiros. / Ocean acidification, a result of an increase in carbon dioxide (CO2) anthropic emissions, has caused a change in the chemical balance of the carbonate system and a consequent pH decrease in the world\'s oceans. Approximately 30% of anthropogenic CO2 is absorbed by the ocean, which has already reduced the pH by ∼0.1 units in surface waters (with further reductions expected). The scale of \"tolerable\" pH changes is still uncertain for many organisms and little-known for biological processes, particulary for the sediment. This work aimed to quantify both the current rates of organic matter remineralization and nutrient fluxes at the sediment-water interface and the changes in those rates in response to different ocean acidification scenarios, using benthic incubation chambers both in situ and in the laboratory. The in situ studies and sample collections for laboratory experiments were performed via SCUBA in a shallow area near Ubatuba-SP (6-8 m deep). Incubation experiments showed high oxygen (O2) consumption, ranging from -17 mmol m-2 d-1 in July 2012 to -112 µmol m-2 d-1 in April and June 2013. They also exhibited a dominance of nitrification, with fluxes between 0.2 and 0,4 µmol m-2 d-1 (with no temporal variation). Incubations also exhibited a release of ammonium, with the highest fluxes (1.0 - 1.5 µmol m-2 d-1) in March, April and June 2013. In general, net heterothrophic processes prevailed over autotrophic processes for the study region. The interstitial water parameters (ammonium, phosphate, dissolved iron and total sulfides) exhibited no significant difference between the two kinds of sediment analyzed, silt (station 1) and sand (station 2). These results suggested that the processes occurring in the coastal sediments of Ubatuba are: (1) benthic remineralization mediated by bacterial biota, (2) nitrification prevailed over denitrification and (3) probably excretion by benthic organisms. The experiment in situ indicated an increase in the fluxes of O2 (from -70 to -108 µmol m-2 d-1) and CO2 (from 0.02 to 45 µmol m-2 d-1). The acidification experiments showed a similar effect: a higher O2 average consumption and CO2 release, mostly in the sandy sediment. A decrease in nitrification processes occurred in response to decreased pH. This work has provided a baseline for the biogeochemical processes in coastal sediments in Ubatuba (SP), as well as demonstrated the effects of ocean acidification on biogeochemical processes in coastal sediments.

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.

Ce travail décrit l’analyse de la distribution des flux de carbones au sein de deux souches de Streptomyces coelicolor A3(2) : la souche sauvage nommée M145 et son mutant M1146 incapable de produire les antibiotiques actinorhodine, undecylprodigiosine, et l’antibiotique dépendant du calcium. Metabolite Balance Analysis et Isotopomer Balance Analysis sont mis en œuvre pour proposer un modèle de distribution des flux de carbones de S. coelicolor en phase exponentielle de croissance. Les souches M145 et M1146 sont cultivées dans un milieu minimum limitant en azote et leurs comportements métaboliques sont comparés. Dans la souche non productrice M1146, un taux de croissance plus élévé, un flux plus important dans la voie des pentoses phosphates, un flux plus faible au niveau du cycle de Krebs ainsi qu’une activité respiratoire plus faible sont mis en évidence. Cela traduit le coût énergétique important associé à la production d’actinorhodine par M145. De plus, ce travail propose un rôle important de la nicotinamide nucléotide transhydrogénase pour le maintien de l’homéostasie du NADPH lors de la production d’actinorhodine par M145. Comme il existe de bonnes corrélations entre les données expérimentales et celles issues de la modélisation au niveau des bilans carbones, des bilans de pouvoir réducteur et des échanges gazeux, il sera intéressant d’utiliser cette modélisation avec la technique de Flux Balance Analysis pour prédire les variations de la distribution des flux de carbones dans des mutants de S. coelicolor pour lesquels des gènes auraient été sur-exprimés ou délétés. / This work describes an analysis of carbon flux distribution in two strains of Streptomyces coelicolor A3(2), namely the wild type strain M145 and its derivative M1146 that is no longer able to produce the antibiotics actinorhodin, undecylprodigiosin and the calcium dependent antibiotic. Metabolite Balance Analysis and Isotopomer Balance Analysis were used to propose a model for carbon flux distribution in S. coelicolor during the exponential phase of growth. Strains M145 and M1146 were grown under nitrogen limitation in minimal medium and their metabolic behaviour were compared. In the non-producing strain M1146, a higher growth rate, a higher flux via the pentose phosphate pathway, a decreased flux through the TCA cycle and a decreased respiratory activity were evidenced. This highlighted the high energetic cost for actinorhodin production in M145. In this paper, we also propose a key role for the nicotinamide nucleotide transhydrogenase in NADPH homeostasis in M145 during actinorhodin production. As there are good correlations between experimental data and the model in terms of carbon balance, reducing power balance and gas exchanges, this model will be of great interest for Flux Balance Analysis to predict carbon-flux distribution changes in S. coelicolor strains in which gene are deleted or overexpressed.

O objetivo do presente trabalho foi elaborar um modelo formal de descrição do jogo em esportes coletivos de invasão e instanciar o modelo a um esporte particular, o basquetebol, com a formalização de suas classes de comportamento ofensivos e defensivos. A estratégia foi modelada como um sistema dinâmico discreto. Este modelo tem como elemento lógico fundamental a regra de ação, que descreve as decisões de um jogador. As regras de ação também são usadas para a especificação da transformação de um estado e, consequentemente, da sequência de transformações de estados em um grafo representativo de uma estratégia. As propriedades estruturais, que são requisitos para uma estratégia eficiente, foram introduzidas na modelagem estratégica através de um conjunto de delimitadores (i.e., fases do jogo, tipos de conexões entre os nós por fase, regras de conexão, e regiões estratégicas), que especializam a definição da estratégia excluindo aquelas que não atendem aos requisitos dos delimitadores. O conjunto restante é denominado modelo da estratégia (ESTM). A formalização do ESTM apresentada neste trabalho estabelece uma metodologia para descrever, desenhar e avaliar a estratégia de uma equipe de um ECI. De maneira integrada à formalização da estratégia, a dinâmica do jogo foi modelada e a relação entre as estratégias desenhadas para duas equipes oponentes e a dinâmica do jogo foi apresentada. As estratégias atuam como bases de dados acessadas para subsidiar as decisões dos jogadores de uma equipe e permitir que eles atuem coletivamente durante as diferentes circunstâncias da oposição. A relação entre as estratégias desenhadas para duas equipes e a oposição no jogo entre estas equipes pode ser formalizada como um caso particular de sistema dinâmico, no qual dois sistemas dinâmicos discretos, representados pelas estratégias das equipes, e um sistema dinâmico contínuo, representado pelo jogo, são integrados por fluxos de controle e dados. Após formalizado o sistema dinâmico que representa a relação entre estratégia e oposição, no contexto do jogo, os elementos desse sistema foram decompostos, de forma hierárquica, levando em conta os principais módulos funcionais que compõem o fenômeno. Por fim, é apresentado o processo de validação das classes de comportamentos ofensivos e defensivos do jogo, constituídas por um conjunto limitado de dinâmicas individuais, grupais e coletivas, das quais a comissão técnica pode se valer para elaborar a estratégia da equipe, definir os conteúdos de treinamento, assim como selecionar aqules, dentre eles, cujo desempenho deverá ser avaliado no jogo. O modelo proposto constitui uma contribuição original à pedagogia dos esportes coletivos de invasão, tanto pelos avanços imediatos no entendimento das características estruturais desses esportes quanto pelos possíveis desdobramentos tecnológicos, que podem igualmente contribuir no processo de ensino-aprendizado nos mais diversos níveis competitivos / The aim of this study were: a) to develop a formal model to describe the game in invasion team sports (ITS) and instanciate the model to a particular sporte, the basketball; b) to validate classes of offensive and defensive behaviors in basketball. The strategy of ITS was modeled as a discrite dynamics system. This model has as a logical fundamental element named action rules, which describes the decisions of a player. The action rules are used to specify the transformations within a state and, consequently, the sequence of transformations of the states in a graph that representes the strategy of a team. The structural properties, pre-requisetes of an efficient strategy, were introduced in the model through a set of delimeters (i.e. game phases, types of connections between nodes per phase, rules of connections, and strategic regions) that specialize the the definition of strategy excluding those that do not posses the pre-requesites of the delimeters. The remaining set is defined as the strategy model. The strategy model formalized herein stablishes a metodology to describe, draw and evaluate the strategy of an IST team. Furthermore, match dynamics were modeled and integrated to the strategy model. The strategy constitute a data base which is assessed to support the team pleayers decisions and allow a collective behavior. The relationship between the strategy and the opposition in a match may be formalized as a particular familty of dynamic systems in which two discrete dynamical systems represented by the two strategies of the opposing teams, and a continuous dynamical system, represented by the match, are integrated by control and data fluxes. Once the model was constituted, its elements were hierarchicaly decomposed, considering the main functional models of the phenomenon. Finally, it is preseted the validation process of the possible offensive and defensive behaviors in a match, which are delimeted by a limited set of individual, group, and team dynamics. This set of behaviors may be used by the coaching staff to elaborate the team strategy, to define the training contentes, to determine how performance is going to be evaluated. The proposed model is an original contribution to the pedagogy of ITSs due to the increased understanding of the structural characteristics of these sports and the possible technological improvements that may be implemented in the teaching process at different competitive levels