Helicoverpa armigera (Hübner) was officially reported in Brazil in 2013. This species is closely related to Helicoverpa zea (Boddie) and has caused significant crop damage in Brazil. The use of genetically modified crops expressing insecticidal protein from Bacillus thuringiensis (Berliner) has been one of the control tactics for managing these pests. Genetically modified maize expressing Vip3Aa20 was approved to commercial use in Brazil in 2009. Understanding the genetic diversity and the susceptibility to B. thuringiensis proteins in H. armigera and H. zea populations in Brazil are crucial for establishing Insect Resistance Management (IRM) programs in Brazil. Therefore, the objectives of this study were: (a) to infer demographic parameters and genetic structure of H. armigera and H. zea Brazil; (b) to assess the intra and interspecific gene flow and genetic diversity of H. armigera and H. zea; and (c) to evaluate the susceptibility to Vip3Aa20 protein in H. armigera and H. zea populations of Brazil. A phylogeographic analysis of field H. armigera and H. zea populations was performed using a partial sequence data from the cytochrome c oxidase I (COI) gene. H. armigera individuals were most prevalent on dicotyledonous hosts and H. zea individuals were most prevalent on maize crops. Both species showed signs of demographic expansion and no genetic structure. High genetic diversity and wide distribution were observed for H. armigera. A joint analysis indicated the presence of Chinese, Indian, and European lineages within the Brazilian populations of H. armigera. In the cross-species amplification study, seven microsatellite loci were amplified; and showed a potential hybrid offspring in natural conditions. Interespecific analyses using the same microsatellite loci with Brazilian H. armigera and H. zea in compare to the USA H. zea were also conducted. When analyses were performed within each species, 10 microsatellites were used for H. armigera, and eight for H. zea. We detected high intraspecific gene flow in populations of H. armigera and H. zea from Brazil and H. zea from the USA. Genetic diversity was similar for both species. However, H. armigera was more similar to H. zea from Brazil than H. zea from the USA and some putative hybrid individuals were found in Brazilian populations.Tthere was low gene flow between Brazilian and USA H. zea. The baseline susceptibility to Vip3Aa20 resulted in low interpopulation variation for H. zea (3-fold) and for H. armigera (5-fold), based on LC50. H. armigera was more tolerant to Vip3Aa20 than H. zea (≈ 40 to 75-fold, based on CL50). The diagnostic concentration for susceptibility monitoring, based on CL99, was fairly high (6,400 ng Vip3Aa20/cm2) for H. zea and not validated for H. armigera due to the high amount of protein needed for bioassays. Implementing IRM strategies to Vip3Aa20 in H. armigera and H. zea will be of a great challenge in Brazil, mainly due to the low susceptibility to Vip3Aa20 and high genetic diversity and gene flow in both species, besides a potential of hybrid individuals between H. armigera and H. zea under field conditions. / Helicoverpa armigera (Hübner) foi oficialmente reportada no Brasil em 2013. Esta espécie é estreitamente relacionada a Helicoverpa zea (Boddie) e tem causado danos significativos nas culturas no Brasil. O uso de plantas geneticamente modificadas, que expressam proteínas inseticidas de Bacillus thuringiensis (Berliner), tem sido uma das táticas de controle para o manejo dessas pragas. O milho geneticamente modificado que expressa Vip3Aa20 foi aprovado para comercialização no Brasil em 2009. O entendimento da diversidade genética e da suscetibilidade às proteínas de B. thuringiensis em populações de H. armigera e H. zea no Brasil são cruciais para o estabelecimento de programas de Manejo da Resistência de Insetos (MRI). Assim, os objetivos desse estudo foram: (a) inferir parâmetros demográficos e estrutura genética de H. armigera e H. zea no Brasil; (b) avaliar o fluxo gênico intra e interespecífico e a diversidade genética em H. armigera e H. zea; e (c) aferir a suscetibilidade de populações brasileiras de H. armigera e H. zea a proteína Vip3Aa20. Uma análise filogeográfica de populações de campo de H. armigera e H. zea foi realizada com o uso de sequências do gene citocromo c oxidase I (COI). Indivíduos de H. armigera foram mais prevalentes em dicotiledôneas e H. zea na cultura do milho. Ambas as espécies mostraram sinais de expansão demográfica e ausência de estrutura genética. Alta diversidade genética e ampla distribuição foram observadas em H. armigera. Análises conjuntas indicaram a presença de linhagens da China, Índia e Europa em populações brasileiras de H. armigera. A partir de um estudo de amplificação cruzada de microssatélites, sete locos amplificaram em ambas as espécies e evidenciaram a possibilidade de hibridização no campo. Estes mesmos locos foram usados para análises interespecíficas de H. armigera e H. zea do Brasil em comparação a H. zea dos EUA. Nas análises para cada espécie, 10 microssatélites foram usados para H. armigera e oito para H. zea. Alto fluxo gênico intraespecífico foi detectado em populações de H. armigera e H. zea. A diversidade genética foi similar em ambas as espécies. H. armigera foi mais similar a H. zea do Brasil que dos EUA e possíveis híbridos foram encontrados nas populações brasileiras. Houve um baixo fluxo gênico entre populações brasileiras e americanas de H. zea. A linha-básica de suscetibilidade a Vip3Aa20 resultou numa variação interpopulacional baixa em H. zea (3 vezes) e em H. armigera (5 vezes), baseada na CL50. H. armigera foi mais tolerante a Vip3Aa20 que H. zea (≈ 40 to 75 vezes, baseado na CL50). A concentração diagnóstica, baseada na CL99, foi bastante alta (6.400 ng Vip3Aa20/cm2) para H. zea e não validada para H. armigera devido à alta quantidade de proteína necessária para os bioensaios. A implementação de estratégias de MRI a Vip3Aa20 em H. armigera e H. zea serão um grande desafio no Brasil, principalmente devido à baixa suscetibilidade a Vip3Aa20 e alta diversidade genética e fluxo gênico em ambas as espécies, além da possibilidade de indivíduos híbridos entre H. armigera e H. zea nas condições de campo.

A abelha Bombus terrestris é um eficiente polinizador, prestando importantes serviços ecossistêmicos na Europa e adjacências, onde é nativa. Suas colônias têm sido criadas em larga escala para polinização agrícola, as quais são comercializadas internacionalmente, inclusive em países fora de sua área de ocorrência nativa. Deliberada ou acidentalmente a espécie tem sido introduzida em ambientes alóctones, em muitos casos tornando-se invasora. Quando invasora, a espécie é um potencial vetor de doenças e um competidor com outras abelhas; vários impactos têm sido relatados em áreas invadidas ao redor do mundo. Na América do Sul, a espécie foi inicialmente introduzida em ambientes naturais no Chile, mas rapidamente a invasão se espalhou; atualmente é encontrada ocupando ambientes naturais na Argentina. A elevada capacidade invasiva da espécie e a alta velocidade de sua expansão, conforme tem sido relatada por pesquisadores, levantou a possibilidade de a espécie alcançar o Brasil por meio de corredores ambientais favoráveis que se conectam com áreas já invadidas, gerando preocupações sobre potenciais impactos aos sistemas naturais e agrícolas. Esta pesquisa empregou uma abordagem interdisciplinar, integrando uma variedade de métodos analíticos oriundos de diferentes áreas da ecologia e os mais avançados recursos de sistemas de informações geográficas para detectar globalmente as áreas susceptíveis à invasão por Bombus terrestris, considerando-se também as mudanças climáticas. Para o sul da América do Sul foram identificados os corredores de invasão que poderão permitir a espécie se espalhar e alcançar Brasil a partir de locais invadidos. Para o Brasil, foram identificados os municípios mais vulneráveis à entrada da espécie, e também aqueles que estão na rota de expansão da invasão Brasil adentro. Para os municípios brasileiros, por sua vez, foram verificadas as culturas agrícolas e as espécies de Bombus nativas que a invasora poderá interagir ao longo da rota de invasão potencial; com estas informações foram apontadas áreas prioritárias, subsidiando o planejamento de monitoramento e ações de controle do processo de invasão, mas também medidas preventivas e mitigadoras de impactos ambientais e econômicos após a invasão, caso venha a ocorrer. / The bee Bombus terrestris is an efficient pollinator, providing important ecosystem services in Europe and surrounding areas, where it is a native species. Their colonies have been reared in large-scale for agricultural pollination, which are internationally traded, including for countries outside its native range. The species has been deliberately or accidentally introduced into non-native environments, becoming invasive in many cases. When invasive, the species is a potential vector of diseases and competes with other bees for resources; many impacts have been reported in invaded countries around the world. In South America, the species was introduced in natural environments of Chile at first, but the invasion was quickly spread; nowadays it is found living in natural environments of Argentina. The high invasiveness of the species and the high speed of its invasive expansion, as has been reported by researchers, raised the possibility of the species reach Brazil through suitable environmental corridors that are connected with areas already invaded, raising the concerns about potential impacts to natural and agricultural systems. An interdisciplinary approach was used in this research, composing a variety of analytical methods from different areas of ecology and applying the most advanced resources of geographic information systems to detect areas susceptible to invasion by Bombus terrestris at global scale, considering also climate change. For the southern South America, the corridors of invasion that could allow the spreading of the species and that potentially reach Brazil were identified. For Brazil, the most susceptible municipalities at the entrance of the species have been identified, and also those that are on the route of expansion inside the country. For Brazilian municipalities, crops and native species of Bombus that the invasive species can interact with along the potential invasion route were verified; with this information, priority areas were identified, supporting the planning of monitoring and control actions of the invasion process, but also preventive and mitigating measures of environmental and economic impacts after the invasion, if it eventually occurs.

Invasões biológicas são consideradas uma das maiores ameaças atuais à biodiversidade global. O cão doméstico é hoje o carnívoro mais abundante no mundo, e tem invadido áreas de vegetação nativa, podendo causar impactos negativos à fauna silvestre através da predação, competição e transmissão de doenças. A partir de dois extensos bancos de dados obtidos através de armadilhas fotográficas, esta dissertação pretende contribuir com o entendimento das causas e consequências da invasão por cães domésticos de remanescentes florestais e agroflorestas na Mata Atlântica. A dissertação está organizada em dois capítulos. No primeiro, usamos dados obtidos em duas paisagens rurais do Planalto Atlântico de São Paulo com diferentes proporções de florestas remanescentes, e (1) descrevemos o tipo de manejo e as características dos cães que visitam fragmentos florestais, (2) comparamos, entre estas paisagens, a frequência e horário de visitas e o tamanho de grupos de cães invasores assim como os fatores determinantes da intensidade de invasão, e (3) investigamos o impacto da intensidade de invasão sobre a distribuição de mamíferos silvestres de maior porte. No segundo capítulo, usamos dados obtidos em um mosaico agroflorestal do Sul da Bahia, e (4) verificamos se a conversão de florestas nativas em agroflorestas e a intensificação das agroflorestas favorecem a invasão por cães domésticos, e (5) se a invasão por estes animais está mais associada à presença humana nas agroflorestas do que nas florestas. Em conjunto, os resultados dessa dissertação sugerem que: (1) a intensidade da invasão por cães em paisagens antropizadas de Mata Atlântica é altíssima, tanto em termos do número de indivíduos e de visitas como em termos do número de sítios ocupados; (2) a invasão é favorecida pelo tipo de manejo dos animais, que são em grande parte criados soltos, e parece estar fortemente associada à presença do homem; (3) a intensidade de invasão afeta negativamente a distribuição de um maior número de espécies de mamíferos de maior porte do que a perda de 40% de floresta na paisagem; (4) características dos remanescentes florestais associadas à perda de habitat (quantidade e qualidade dos remanescentes) são mais importantes que a pressão de propágulo para determinar a intensidade da invasão; (5) a intensificação do manejo de agroflorestas acentua a invasão. Visto que a intensificação de agroflorestas e de outros sistemas agrícolas vem se acentuando globalmente e que, apesar da diminuição das taxas de desmatamento das florestas tropicais nos últimos anos, a maior parte das áreas remanescentes é constituída de vegetação degradada ou secundária, a quantidade de áreas susceptíveis à invasão e os danos causados por cães domésticos devem aumentar no futuro. / Biological invasions are considered one of the most important threats to global biodiversity. Domestic dogs, the most abundant carnivore in the world, are known to invade areas of native vegetation and impact wildlife through competition, predation and disease transmission. Drawing on two extensive dataset obtained through camera-trapping, this dissertation intends to contribute to the understanding of the causes and consequences of the invasion by domestic dogs of forests fragments and agroforests in the Atlantic Forest. The dissertation is organized into two chapters. In the first chapter, we use data from two rural landscapes of São Paulo Atlantic Plateau with different proportions of remaining forests, and (1) describe the management and the characteristics of dogs that visit forest fragments, (2) compare, between these landscapes, the frequency and time of visits, the size of groups of invading dogs, and the drivers of invasion intensity, and (3) investigate the impacts of invasion intensity on the distribution of native large mammals. In the second chapter, using data from an agroforestry mosaic in southern Bahia, we investigate (4) if the conversion of native forests into agroforests and agroforestry intensification favor the invasion by dogs, and (5) if invasion by these animals is more associated with human presence in agroforests than in forests. Our findings highlight that: (1) the intensity of the invasion by dogs in human-modified landscapes in the Atlantic Forest is extremely high, both in terms of the number of individuals and of visits and in terms of the number of occupied sites; (2) invasion is favored by the type of management, with dogs kept free, and seems to be strongly associated with the presence of humans; (3) invasion intensity negatively affects the distribution of a larger number of large mammals than the loss of 40% of forest in the landscape; (4) characteristics of forest fragments associated with habitat loss (quantity and quality of remnants) are more important than propagule pressure to determine the intensity of invasion; (5) management intensification in agroforests intensifies invasion. As intensification of agroforestry and other agricultural systems has increased globally and, despite the decrease in the rates of deforestation in recent years, most tropical forest remnants consist of degraded or secondary vegetation, the amount of areas susceptible to invasion and the damages caused by domestic dogs should increase in the future.

Invasões biológicas consistem em uma séria ameaça à biodiversidade. Apesar de sua presença já antiga entre os processos naturais, atividades humanas agravaram o problema das invasões nas últimas décadas e levaram essa ameaça às áreas naturais. A maioria das Unidades de Conservação brasileiras já enfrenta as consequências de introduções arbitrárias de espécies. O Parque Estadual Turístico do Alto Ribeira PETAR convive com a herbácea invasora lírio-dobrejo (Hedychium coronarium) e seus impactos há décadas. Sem predadores naturais, o lírio-dobrejo se desenvolve mais rapidamente que espécies nativas e é capaz de invadir florestas de dossel fechado, limitando a sobrevivência de plântulas e brotos nativos. O objetivo deste estudo é compreender as condições físicas favoráveis ao desenvolvimento da espécie, investigar possíveis impactos microclimáticos e testar diferentes métodos mecânicos de controle e erradicação. Foram instalados oito blocos randomizados em cada uma das duas áreas de estudo. Cada bloco constituise de uma parcela de 1m² de cada um dos três tratamentos. Cinco hipóteses foram testadas: 1) uma resposta melhor de controle é obtida ao remover a planta por inteiro; 2) uma resposta melhor de controle é obtida ao remover a planta por inteiro repetidamente; 3) grande quantidade de biomassa de H. coronarium provoca diferentes condições de umidade e temperatura na região sob suas folhas; 4) quanto maior a oferta luminosa, maior o desenvolvimento de biomassa de H. coronarium; 5) arranquio favorece a recuperação da vegetação das nativas. As técnicas de manejo foram: corte raso (R), arranquio (U) e arranquio repetido (M). Subsequentemente visitas mensais registraram a resposta da comunidade herbácea por meio de parâmetros individuais de H. coronarium como altura, diâmetro basal, área basal, volume e número de folhas assim como parâmetros de toda a parcela, como número de indivíduos, cobertura vegetal relativa de H. coronarium, número de indivíduos mortos e cobertura vegetal de demais espécies. Parâmetros abióticos também foram levantados: umidade, temperatura, intensidade luminosa e cobertura de copa. Temperatura e umidade foram medidas a 0,1m (altura próxima ao solo) e a 1,5m (altura acima da vegetação herbácea), obtendo-se os índices U e T respectivamente. A análise estatística compreendeu a técnica de análise de variância com medidas repetidas e regressão linear. Os melhores resultados de controle da população de H. coronarium vieram dos tratamentos de arranquio, tanto M quanto U, e não foi diagnosticada qualquer diferença estatística entre ambos. Quanto às espécies nativas, os tratamentos que apresentaram maior regeneração foram M e U, sem qualquer diferença estatística entre si. Não há relação significativa entre T ou U e a quantidade de biomassa, tampouco entre cobertura de copa e biomassa. Quanto à intensidade luminosa, existe relação significativa com a quantidade de biomassa produzida. O arranquio manual é uma boa opção de controle da espécie e também para a regeneração de espécies nativas. Áreas mais iluminadas apresentam maior potencial de crescimento de colônias de lírio-do-brejo e devem, portanto, ser priorizadas. É aconselhável a aplicação de técnicas de restauração florestal junto à erradicação das espécies exóticas, a fim de evitar a disponibilização de áreas para novas invasões biológicas. / Biological invasions pose an enormous threat to biodiversity nowadays. Besides its old presence among natural processes, human activities have worsened the problem by multiplying considerably the exchange of seeds and propagules and pushed this threat onto natural habitats. Brazilian protected areas are highly exposed to biological invasions and most of them already face consequences of inadverted introductions. PETAR state park deals with the plant invader white ginger (Hedychium coronarium) and its impacts for decades. Also referred to as ginger lily, the species belongs to the zingiberaceae family and was introduced for ornamental purposes. Free from natural enemies, white ginger develops faster than native species and is able to invade into closed canopy forests, limiting native saplings and seedlings survival. This study aims to understand which are the environmental conditions that favour H. coronarium development, investigate eventual impacts onto microclimate conditions and testing different physical control and eradication techniques. Eight casualized blocks were installed at each of the two selected study areas. Each block consists of one 1m² plot for each of the three treatments. Five hypothesis were tested: 1. better control responses when removing the whole plant, including its rhizome; 2. better control responses when removing the whole plant more than once; 3. great amounts of H. coronarium biomass determine diverse humidity and temperature conditions beneath the leafs; 4. the higher the light offer, the more H. coronarium biomass growing; 5. hand pulling is more favorable to native vegetation recovery. Control techniques were slashing/cutting (R), hand pulling (U) and hand pulling three times (M). Monthly visits registered individual data from H. coronarium such as height, basal stem diameter, basal area, volume and number of leaves, as well as plot data such as density, H. coronarium vegetation cover, density of dead individuals and native vegetation cover. Environmental (abiotic) parameters measured were: temperature, humidity, light intensity and canopy coverage. Temperature and humidity were measured at 0,1m (soil height) and 1,5m (height above herbaceous vegetation), so that U and T were obtained. Statistical analysis included Repeated Measures ANOVA and Linear Regression. The best H. coronarium population control results came from hand pulling treatments, both M and U, as there was no statistical difference diagnosed between the two of them. Concerning the native species, the treatments presenting more native vegetation recovery were both M and U, without any statistical difference between them. No relationship was found between T or U and biomass, nor canopy cover and biomass. On the other hand, light intensity presented significant relationship with biomass. Hand pulling is an efficient choice for white ginger control and native species restoration. Sites with higher light intensities should be prioritized for management as they potentially favor a higher biomass production. As the main goal of exotics control is always to favor native vegetation recovery to original conditions, it is essential to consider restoration techniques along with exotics control, to prevent re-invasion of vacant areas.

Esta tese visa avaliar técnica e economicamente o tratamento da água de lastro em portos exportadores de minério de ferro do Brasil. Para isso foram estudadas três alternativas de tratamento distintas: (1) estação de tratamento fixa no porto em terra; (2) estação de recepção da água de lastro junto com estação de dessalinização fixa no porto; (3) tratamento a bordo de embarcações aliviadoras dedicadas para operar na barra, ou seja, na área de espera dos navios para atracar no porto. O interesse de estudar estas alternativas para portos de minério de ferro deve-se ao elevado volume de água de lastro despejado pelos navios mineraleiros nesses portos, que pode variar de 10.000 a 120.000 m3 por viagem, caracterizando estes portos como grandes receptores de água de lastro. Foram selecionados três portos para serem avaliados neste trabalho, considerados de pequeno, médio e grande porte, localizados em Vitória-ES e Sepetiba-RJ. Para avaliação do impacto operacional dessas alternativas nos portos selecionados, desenvolveu-se um modelo de simulação de eventos discretos. Por meio do modelo de simulação avaliaram-se os níveis de serviço considerando como parâmetros principais o atendimento da demanda de transporte, tempo médio em fila dos navios e taxa de ocupação dos berços. O modelo foi utilizado para dimensionar as estações de tratamento e a frota necessária de embarcações aliviadoras. Concluiu-se que a utilização desses sistemas de tratamento nos portos não causam impactos significativos nos tempos em fila e taxas de ocupação dos portos. A avaliação econômica realizada apresentou os custos do tratamento para cada alternativa. Esses custos foram comparados com o tratamento da água de lastro a bordo dos navios. Concluiu-se que os custos do tratamento em terra são menores em relação ao tratamento a bordo do navio. Dentre as três alternativas, a (1) foi a que apresentou menor custo, porém a (3) apresenta menor impacto na implantação e operação dos portos, uma vez que não é necessário nenhum tipo de investimento e modificação na infraestrutura portuária. / This thesis aims at making a technical and economic analysis of the ballast water treatment in Brazilian iron ore ports. Three distinct treatment alternatives were studied: (1) onshore ballast water treatment; (2) water desalination plant to ballast water treatment; (3) onboard ballast water treatment in shuttle tanker vessels operating in the mooring, where the ships wait to berth in a queue area. The interest in studying these alternatives for iron ore ports due the high volume of ballast water discharged by ore carriers ships in these ports, which may vary from 10,000 to 120,000 m³ per voyage, characterizing these ports as great ballast water receivers. For this study three ports were selected, with small, medium and large capacities, located in Vitória-ES and Sepetiba-RJ. To analyze the operational impacts of these alternatives in the selected ports, a discrete event simulation model was developed in this study. The simulation model analyzes the service levels considering transportation demand attendance, average time in queue and berth occupation rates as the main parameters. The model was used to estimate the ballast water treatment stations capacity and shuttle tankers fleet necessary. The conclusion that these treatment systems do not cause significant impacts in the queue times and berth occupation rates of ports. The economic analysis presented the costs of each proposed alternative, which were compared to the onboard ballast water treatment. The comparison showed that the onshore treatment is less costly than the onboard treatment. From the three alternatives, the (1) was the less expensive, however the (3) presenting less impact in the implementation and port operations, since are not necessary investments and modifications in the port structure.

As invasões biológicas ameaçam áreas naturais e em processo de restauração, atuando como filtros à sucessão ecológica. O controle químico de espécies competidoras é realidade para diversas áreas em restauração, sendo o glyphosate o principal principio ativo empregado. Apesar de eficientes e com baixos custos, existem preocupações sobre a utilização de herbicidas em áreas naturais e em restauração referentes ao comportamento ambiental destes produtos químicos. Assim, entender a realidade do manejo de espécies competidoras, incluindo espécies invasoras, em projetos de restauração no panorama mundial e os reais benefícios e riscos do uso de glyphosate na restauração de matas ciliares é fundamental para aperfeiçoar a condução de projetos no Brasil e no mundo. Primeiramente, uma revisão estruturada foi realizada objetivando reunir informações sobre técnicas de restauração, fatores de degradação, principais grupos de plantas competidoras e características sobre técnicas de manejo para biomas mundiais e para diferentes grupos de países em relação ao Índice de Desenvolvimento Humano, com análise dos quatro herbicidas utilizados com maior frequência quanto seu potencial de contaminação e toxicidade. Os principais fatores de degradação foram a invasão por espécies não nativas, a agricultura e o pastoreio, sendo a semeadura direta a principal técnica de restauração. A família Poaceae apresentou a maior frequência de ocorrência como plantas competidoras na restauração em todos os biomas analisados. De modo geral, o manejo físico foi o mais utilizado, sendo a roçada a principal intervenção. Para o manejo químico, os principais herbicidas foram o Glyphosate, Imazapic, Imazapyr e Triclopyr, sendo o último considerado com maior potencial de danos ambientais. Na segunda etapa, um estudo de campo foi conduzido com o objetivo de avaliar os benefícios e riscos relacionados ao uso do herbicida glyphosate na restauração de matas ciliares. Nesse contexto, testamos em um experimento de campo três tratamentos de controle de plantas competidoras: 1) roçagem sempre que necessário; 2) roçagem com menor frequência; 3) aplicação dirigida de glyphosate. Foram realizadas avaliações de ordem econômica (custos de manutenção), silvicultural (produção de biomassa de plantas competidoras, crescimento das mudas plantadas em altura, cobertura de copa e diâmetro de colo), ecológica (densidade e riqueza de regenerantes e riqueza de plantas ruderais) e de potencial de poluição (análise de glyphosate e AMPA no solo e em água e sedimento de solução de enxurrada, por cromatografia). O tratamento submetido ao controle de plantas competidoras com glyphosate apresentou maior crescimento de mudas e menor custo de manutenção. Não foram detectados resíduos de glyphosate ou AMPA em solo ou água, porém, foram encontrados valores residuais das duas moléculas em sedimentos. O controle de gramíneas com glyphosate apresentou baixos custos, foi mais efetivo e permitiu maior crescimento de mudas e expressão da regeneração natural em comparação ao mecânico, porém medidas de conservação de solo e implementação de faixas de proteção são necessárias para sua utilização em áreas de restauração ripárias. / Biological invasions threaten natural and restoration areas, acting as filters to ecological succession. Chemical control of competitive species is a reality in many restoration areas, with glyphosate as the main herbicide used. Although efficient and with low costs, there are some concerns on the use of herbicides in natural and restoration areas relating to environmental performance of these chemicals. Thus, understanding the reality of managing competitive species, including invasive species, in restoration projects on the world scenario and the real benefits and risks of glyphosate use on restoration of riparian forests is essential to improve restoration projects in Brazil and in the world. First, a structured review was conducted focusing on gathering information of restoration techniques, degradation factors, major groups of invasive plants and characteristics of management techniques for global biomes and for different country groups related to the Human Development Index, with analysis of contamination potential and toxicity for the top four herbicides listed. The main degradation factors were the invasion of non-native species, agriculture and grazing, with direct sowing as the main restoration technique. The Poaceae had the highest frequency for competing plants on restoration in all analyzed biomes. In general, the physical management was most used, with mowing as the main intervention. For chemical management, the main herbicides were Glyphosate, Imazapic, Imazapyr and Triclopyr, the last one considered with the greatest potential for environmental damage. In the second stage, a field study was conducted to evaluate benefits and risks related to glyphosate use in the restoration of riparian forests. In this context, we tested on a field experiment three weed control treatments: 1) mowing as needed; 2) mowing less frequently; 3) directed application of glyphosate. There were conducted evaluations of economic order (maintenance costs), forestry order (biomass of competitive plants, growth of planted seedlings in height, canopy cover and stem diameter), ecological order (density and richness of regenerating and richness of ruderal plants) and pollution potential (analysis of glyphosate and AMPA in soil and water and sediment from runoff solution, by chromatography). The plots submitted to weed control with glyphosate showed better seedling growth and lower management costs. Residual glyphosate or AMPA were not detected in soil or water, but residues of the both molecules were found on sediments. Chemical control of grasses with glyphosate had low costs, was more effective and allowed better seedling growth and expression of natural regeneration comparing to mechanic treatments, but actions of soil conservation and implementation of buffer strips are required for its use on riparian restoration areas.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-03-01T13:33:32Z No. of bitstreams: 1 Bruna de Oliveira Boeni_.pdf: 3880093 bytes, checksum: 44409bac37cd34534884441441dcba95 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-01T13:33:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bruna de Oliveira Boeni_.pdf: 3880093 bytes, checksum: 44409bac37cd34534884441441dcba95 (MD5) Previous issue date: 2011-02-25 / CNPQ – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O impacto das espécies exóticas invasoras sobre as espécies nativas nas comunidades e nos ecossistemas tem sido amplamente reconhecido como uma causa importante das mudanças na diversidade global. Estas espécies aumentam suas populações podendo afetar a estrutura e a função dos ecossistemas invadidos. Dentre as espécies exóticas de plantas que invadem ambientes florestais no Brasil, Hovenia dulcis Thunb. é freqüente em áreas que sofreram perturbações. Assim, a primeira parte deste trabalho procurou comparar os parâmetros fitossociológicos e avaliar a riqueza, a estrutura e composição de espécies arbóreas em áreas de floresta secundária em regeneração com e sem a invasão por H. dulcis. A espécie exótica estudada apresentou um dos maiores valores de densidade e área basal, demonstrando sua importância nas áreas onde ocorre. No entanto, estas variáveis estruturais e a riqueza não foram alteradas pela presença da espécie exótica. A composição de espécies sofreu influência da presença da espécie invasora quando se controlou o efeito causado por variáveis ambientais não mensuradas como histórico de perturbação, condições bióticas entre outros que influenciam a dinâmica de sucessão florestal. Isto indica que as variações florísticas entre as unidades amostrais são em maior parte determinadas pela diferença nas condições abióticas e no histórico de cada área e, secundariamente, pela presença de H. dulcis. A abundância e distribuição das espécies de plantas são determinadas em parte durante os estágios iniciais de regeneração, quando estão mais vulneráveis ao seu ambiente imediato. Mudanças no requerimento de fatores bióticos nos diferentes estágios de desenvolvimento ontogenético da planta podem manifestar mudança do nicho de regeneração desta. A disponibilidade de luz, a queda e o acúmulo de serrapilheira são fatores que afetam a estrutura e a dinâmica da comunidade de plantas de maneiras diferentes. Assim, a segunda parte deste estudo pretendeu avaliar se as variáveis ambientais no entorno de indivíduos de H. dulcis diferem durante as fases de desenvolvimento ontogenético: juvenil inicial, juvenil tardio e adulto, procurando verificar se existem alterações no nicho de regeneração em relação às variáveis ambientais; estágio ontogenético e deciduidade sazonal de H. dulcis. As análises mostram diferenças entre os estágios ontogenéticos apenas para abertura de copa e cobertura herbácea. A composição de espécies também variou entre os estágios ontogenéticos. A porcentagem de abertura de copa diferiu entre indivíduos adultos em relação aos juvenis apenas no período não-decidual, em função da dominância de H. dulcis compondo o dossel. Assim, observa-se uma mudança no nicho de regeneração em função da abertura de copa. A copa pouco densa de adultos de H. dulcis acentua o efeito da abertura de copa nestes pontos em relação aos indivíduos juvenis. A profundidade da serrapilheira durante o período decidual foi maior no entorno de adultos e juvenis iniciais. A deciduidade e conseqüente aumento da serrapilheira podem favorecer a sobrevivência e o crescimento das espécies mais exigentes à luz como as secundárias iniciais, em decorrência do aumento na quantidade de luz que chega ao sub-bosque, mas pode afetar negativamente plântulas intolerantes à luminosidade. Os compostos alelopáticos produzidos pelos vegetais provêm do metabolismo secundário e podem estar presentes em diferentes órgãos e tecidos da planta e serem liberados no ambiente de diferentes maneiras. A alelopatia tem sido reconhecida como um importante mecanismo ecológico que influencia a dominância vegetal, podendo determinar a estrutura, composição e a dinâmica de comunidades vegetais. H. dulcis apresenta, entre outros, compostos fenólicos em suas folhas que podem causar mudanças durante o processo de germinação de espécies nativas. Assim, a terceira parte deste trabalho testa os potenciais efeitos alelopáticos das folhas de H. dulcis sobre a germinação e crescimento de raiz e parte aérea de plântulas de Casearia sylvestris. Os extratos aquosos de folhas de H. dulcis apresentaram efeito alelopático em sementes e plântulas de C. sylvestris. Os lixiviados em todas as concentrações reduziram a porcentagem de germinação. Da mesma forma, ocorreu um maior efeito inibitório nas raízes do que na parte aérea das plântulas que pode impedir o futuro estabelecimento dos regenerantes, afetando a tomada de recursos vitais à planta. As sementes em contato com os lixiviados apresentaram uma redução na velocidade de germinação. Com isso, as plântulas de C. sylvestris expostas aos compostos aleloquímicos das folhas de H. dulcis tiveram seu desenvolvimento inicial atrasado em função da espécie exótica. Assim, conclui-se que a grande densidade de indivíduos de H. dulcis corrobora com a invasão desta espécie, que altera a composição de espécies na floresta em regeneração. Ainda, H. dulcis altera seu nicho de regeneração e assim influencia o nicho das espécies nativas regenerantes e ainda apresenta efeitos alelopáticos inibitórios sobre a germinação e desenvolvimento de plântulas de C. sylvestris. / The impact of invasive species on native species has been widely recognized as an important cause of the changes in the global diversity. Invading species are able to affect the structure and function of invaded ecosystems. Among the exotic plant species that invade forests in Brazil, Hovenia dulcis is frequent in areas of secondary vegetation. Thus, the first part of this work compares the phytosociological parameters among areas of secondary vegetation invaded by H. dulcis and areas without this exotic species. H. dulcis presented one of the biggest values of absolute density and basal area, demonstrating its importance for the structure of the areas where it occurs. However, the structural variables and the species richness had not been modified in function of the presence of the exotic species. The species composition was altered by the presence of the invading species when the effects caused by unmeasured variables that influence the dynamics of forest succession were controlled, indicating that variations in the composition among areas are in good part determined by differences in abiotic conditions and history of each area, and secondarily by the presence of H. dulcis. The abundance and distribution of the plant species are determined in part during the initial periods of regeneration, when they are more vulnerable to its immediate environment. Changes in require of biotic factors in the different periods of phases of ontogenetic development of the plant can reveal change of the niche of regeneration of this. The availability of light, the fall and accumulation of litter are factors that affect the structure and dynamics of the plant community in different ways. Thus, the second part of this study intends to evaluate the ambient variables around individuals of H. dulcis during the phases of ontogenetic development from young to old saplings and adults, evaluating changes in the regeneration niche in relation to the ambient variables, the ontogenetic period and the seasonal deciduousness of H. dulcis. The analyses indicated differences among the ontogenetic phases only in canopy opening and herbaceous covering. The species composition around H. dulcis individuals also varied among the ontogenetic phases. The percentage of canopy opening differed between adult individuals in relation to young saplings only in the non deciduous period, probably due to the dominance of the exotic species in the canopy. Thus, a change in the regeneration niche in function of the canopy opening is observed. The low density of the tree crowns of H. dulcis exacerbates the effect of the canopy opening in points where adults are established in relation to young saplings. The litter depth during the deciduous period was higher around adults and young saplings. The deciduousness and consequent increase in the leaf litter can favor the survival and growth of the most light demanding species, such as those typical of the initial stages of forest succession, as a result of the increase in the amount of light that arrives at the understory, which, however, can negatively affects seedling that are intolerant to elevated luminosity. The allelopathic compounds produced by plants come from the secondary metabolism and may be present in different plant tissues, being released to the environment in different ways. The allelopaty has been recognized as an important ecological mechanism that influences the dominance in plant communities, being able to determine the structure, composition and the dynamics of such communities. H. dulcis presents among others phenolic compounds, in its leaves that can cause changes during the process of seed germination of native species. Therefore, the third part of this work tests the potential allelopathic effects of leaf extracts of H. dulcis on the germination and growth of the root and aerial parts of seedlings of Casearia sylvestris. The watery leaf extracts of H. dulcis present allelopathic effect in seeds and seedlings of C. sylvestris. The leaf extracts in all concentrations reduced the germination percentage, and lead to a great inibitory effect in root development that can hinder the future establishment of the plants, affecting the uptake of vital resources. Seeds in contact with the leaf extracts presented a reduction in the germination speed. Thus, seedlings of C. sylvestris exposed to alleloquimic compounds of H. dulcis leaves had its initial development delayed. Thus, one concludes that the great density of individuals of H. dulcis corroborates the invasion for this species that modifies the composition of species in the forest in regeneration. H.dulcis modifies its niche of regeneration and thus it influences the niche of the regenerant native species and still it presents inibitiry allelophatic effect on the germination and development of seedlings of the native species.

No presente estudo foi realizada uma caracterização limnológica comparativa de dezoito lagoas pertencentes ao sistema lacustre do vale do médio Rio Doce e da comunidade de macroinvertebrados bentônicos, analisando-se a composição e a riqueza de espécies. A espécie exótica Melanoides tuberculata invadiu várias regiões do Brasil, e representa uma ameaça para a fauna de moluscos e outros invertebrados nativos das comunidades bentônicas onde se estabelecem. Para isto foram realizadas coletas nos períodos climáticos, chuvoso e seco, amostrando-se em cinco pontos em cada lagoa incluindo a região litorânea e limnética. Foram realizadas medidas físicas e químicas da água e a análise granulométrica, teor de matéria orgânica e classificação textural do sedimento das lagoas. A comunidade bentônica foi amostrada com draga de Van Veen nos diferentes pontos e o material foi lavado em peneiras de 210 \'mü\'m de abertura de malha, preservado em formol 8% e posteriormente triado e identificado. Os resultados obtidos evidenciaram que a maioria das lagoas estudadas são ambientes de águas levemente ácidas, bem oxigenadas, com baixa concentração de nutrientes na coluna da água, sendo sistemas de baixa trofia (oligotróficos ou mesotróficos). As lagoas diferem quanto à profundidade e transparência da água e aquelas com profundidade superior a 10 metros observou-se estratificação térmica no período chuvoso e isotermia no período seco. A comunidade de macroinvertebrados bentônicos foi bastante diversificada, com um total de 52 e 75 táxons registrados durante o período chuvoso e seco respectivamente. Os Chironomidae foram os mais abundantes e com maior diversidade taxonômica entre os grupos de artrópodes com representantes aquáticos. Houve variação na densidade dos macroinvertebrados bentônicos, com maiores densidades no período de seca. A ocorrência do molusco exótico Melanoides tuberculata foi registrada na maioria das lagoas (15 entre as 18 lagoas estudadas), sendo que em algumas delas as populações já se encontravam dominantes numericamente, como nas lagoas Águas Claras, Aníbal, Baixa Verde, Barra, Dom Helvécio, Jacaré, Ferrugem e Lagoinha. Recomenda-se que, pelo fato das lagoas do Vale do Médio Rio Doce representarem o maior sistema lacustre natural brasileiro, será necessário a curto prazo um grande esforço para impedir a dispersão deste molusco nas demais lagoas do sistema, e a longo prazo sua erradicação, visando restaurar e preservar as comunidades bênticas nativas. / In the present study a comparative limnological characterization of eighteen lakes belonging to the lacustrine system of middle Rio Doce was performed, as well as the analysis of the benthic macroinvertebrate community in relation to the taxonomic composition and population densities. Among the benthic organisms a greater emphasis was devoted to the exotic gastropod Melanoides tuberculata, an exotic species that has invaded many regions in Brazil, and represents a risk to native mollusks and also to other invertebrates in the communities when it becomes established. Samplings were performed in two periods, rainy and dry, and at five localities in each lake, including the littoral and the limnetic region. Physical and chemical variables were measured in lake waters and the granulometric fractions, organic matter content and textural classification were performed for lake sediments. At each site benthic community was sampled with the van Veen grab, and the material was pooled in an integrated sample that was then washed and sieved through a 210 \'mü\'m sieve and the material was preserved in 8% formol solution. The results showed that most lakes are environments with slightly acid and well oxygenated waters, with low concentration of nutrients in the water column, being oligotrophic or mesotrophic systems. The lakes differ regarding depth, and water transparency, and in those with depth greater than 10m a thermal stratification was observed at the time of the sampling performed in the rainy season and isothermy in that on the dry period. The benthic macroinvertebrates community was diversified and totals of 52 and 75 taxa were recorded during rainy and dry period samplings, respectively. Chironomidae members were the most abundant and the taxonomically richest group of aquatic Arthropoda. Changes in the density of benthic macroinvertebrates were observed between the samplings, with highest densities in the dry season. The exotic mollusk Melanoides tuberculata was found in the majority of the lakes (15 among 18 lakes studied) and in some lakes it was numerically dominant, such as in lakes Águas Claras, Aníbal, Baixa Verde, Barra, Dom Helvécio, Jacaré, Ferrugem and Lagoinha. Considering the fact the lakes of middle Rio Doce constitute the larges natural lacustrine system in Brazil, it is recommended that, in short term, a great effort must be done to prevent this mollusk dispersion to other lakes of the system and that at the long run its erradication is required aiming to restore and preserve native benthic communities.

<p><a>Natural enemy ecology strives to integrate the fields of disease ecology and community ecology to forge a broader understanding of how pathogens and predators structure communities. To advance this field, we need a greater emphasis on: 1) quantifying pathogen-mediated effects on community structure and comparing these effects to those observed with predators and 2) determining the interactive effects of combined natural enemies on communities. I conducted a mesocosm experiment designed to assess the individual and combined effects of predators (dragonfly larvae and adult water bugs) and a pathogen (ranavirus) on a larval amphibian community. Additionally, I conducted laboratory experiments to assess whether ranavirus exposure increases the vulnerability of tadpoles to predation. In my laboratory experiments, I found that virus exposure increased predation rates with dragonflies, but not water bugs. For tadpoles in the dragonfly treatments, the probability of survival for virus-exposed tadpoles was 66-77% lower compared to unexposed tadpoles. This data suggests that predators may selectively remove infected individuals from the population, which can enhance the magnitude of the healthy herds effect. I found that the risk level of the predators largely explained effects on the community. For instance, high-risk dragonflies reduce overall survival to 30% whereas low-risk water bugs only reduced survival to 67%. Additionally, I found that virus reduce survival to 62%, which was comparable to effect of the low-risk predator. Interestingly, all three natural enemies influenced community structure (i.e. species relative abundance) in unique ways. These results demonstrate that pathogens can have effects similar to predators on communities, and that natural enemy identity is important when considering impacts on community structure. When predators were combined with the virus, I found that mortality was relatively unchanged from the predator-only treatments suggesting less than additive effects of combined natural enemies. This result was driven by the healthy herds effect; the presence of dragonflies reduced overall infection prevalence in the community to 7% compared to 30% in the virus-only treatment. This effect was observed in the water bug treatments, to a lesser degree, suggesting that predator risk or efficiency contributes the magnitude of the effect. Collectively, my work demonstrates the importance of examining the individual and combined effects of natural enemies on ecological communities.</a></p>

<p>Since the pre-industrial age, the Earth has been warming at unparalleled rates, and this warming is changing climate and weather, creating a more extreme global hydrological cycle. In this dissertation, I explore how these changes to the hydrological cycle may act ecosystem and community level responses of terrestrial plants in the Midwestern United States. In this region, it is projected that mean annual precipitation (MAP) will increase, but precipitation will become more variable across and within seasons. Ecosystem structure and function are vulnerable to changes in hydrologic patterns, including changes in biogeochemical cycles, plant productivity, and plant community structure and function. In this dissertation, I explore how changes in precipitation will alter these processes using two field experiments, and I suggest potential hypotheses that could explain drought-induced community change.</p><p><br></p><p>In chapter 1, I explore how alterations to seasonal precipitation in the winter and summer act ecosystem and community processes in a temperate deciduous forest. Biogeochemical processes and plant communities are sensitive to changes in abiotic conditions, and these conditions will alter forest succession, particularly juvenile woody plant species. Using a fully factorial experiment, I manipulated winter snowfall and summer precipitation to create wet, dry, and control (ambient conditions) treatments and investigated how changes in seasonal precipitation would act mineralization rates, woody plant recruitment, and understory composition. I found that the effects of winter and summer precipitation on these processes acted independently of one another in this system, and the system was resistant to changes in mineralization rates and understory composition. Woody plant recruitment may be more sensitive to altered precipitation, as recruitment of at least one of the four species planted, Lindera benzoin, was impacted by changes in seasonal precipitation. Snow removal treatments reduced germination and increased summer precipitation decreased the relative growth rate of this species. In the short term, slight changes to woody plant recruitment may have little impact on long-term forest succession, but as these changes persist over longer periods of time, they could alter the direction of succession, which could lead to changes in the understory community composition and nutrient cycling.</p> <p><br></p><p>The second and third chapters explore the effects that drought intensification will have on terrestrial plant communities. Numerous studies have investigated the effects of individual droughts on ecosystem and community responses, but the effects that both the timing and duration of drought have on these responses remain largely unknown. To explore this gap in the literature, I conducted a eld experiment using rainout shelters to reduce growing season precipitation, creating dry periods that varied in length and timing. Drought can impact productivity and diversity in this system, and the timing in which the drought occurs influences these effects. Surprisingly, I found that the length of drought did not affect productivity or community composition.</p> <p><br></p><p>The final chapter introduces the Community Response to Extreme Drought framework CRED), which addresses the potential temporal progression of mechanisms and plant-plant interactions that may lead to community changes during and after a drought. The mechanisms for the temporal evolution of community-level drought responses are not fully understood, but plant-plant interactions, both competitive (-) and facilitative (+), are increasingly being recognized as important drivers of community compositional changes. The CRED framework provides hypotheses for the roles that plant-plant interactions have on drought-induced community change. CRED addresses how system-specific variables and the intensity of drought may influence the strength of plant-plant interactions over time, and ultimately the systems resistance and resilience to drought. </p><p><br></p><p>The results from this dissertation work have revealed that more research needs to be done to fully understand how changes in precipitation regimes and patterns will affect terrestrial ecosystems and plant communities. A better understanding of how ecosystems and communities respond to drought timing and length can help improve climate models and restoration strategies.</p>