Nitrogen (N) deposition has increased globally over the last 150 years and further increase is predicted for the future. Nitrogen is an important nutrient for lichens, involved in many processes in both photobiont and mycobiont.  However, N can be a stressor, causing many lichens and lichen communities to disappear with increased deposition. The objective of this thesis was to investigate the response of epiphytic lichens to increased N load. This was done by simulating an increased N deposition to lichens in a boreal forest with low background N, including both short term studies with transplanted lichens and long term studies of naturally established lichens. Alectoria sarmentosa was used as a model species for a N-sensitive lichens and Platismatia glauca as a relatively more N-tolerant lichen. Nitrogen deposition was simulated by daily spraying during the growing season with water and isotopically labeled ammonium nitrate (NH4NO3). In Paper I, I found that when N is supplied in realistic doses (equivalent to deposition of 0.6, 6, 12.5, 25 and 50 kg N ha-1), there were no significant differences in uptake of NO3- or NH4+ in either of the lichen species. The results in Paper II indicate that A. samentosa may be limited by phosphorous (P) and not N limited as expected. That study highlights the importance of P, when studying the effects of N deposition, since P can both mitigate and intensify the negative effects of N on epiphytic lichens. Paper III shows that four years of simulated N deposition caused an alteration of the epiphytic lichen community, since A. sarmentosa decreased in the highest N loads (25 and 50 kg ha-1 year-1), Bryoria spp. decreased to 12.5 kg N and higher loads and Hypogymnia physodes decreased over time for all treatments except in 12.5 kg ha-1, where it only decreased during the first treatment year and then increased after 2007.  The abundance of Platismatia glauca increased over time, independent of treatment. As hypothesized, responses to the treatments differed among species, reflecting their different N optima. In paper IV, the effects of N on carbon-based secondary compounds were studied. None of the studied species (P. glauca, A. sarmentosa, Lobaria scrobiculata and Xanthoria aureola) reduced their concentration of secondary compounds during the experimental period, but in P. glauca the concentration of all compounds were significantly lower in N treated thalli compared with control thalli. The results are consistent with a high degree of constitutive defence in three of the four studied lichens, and we conclude that all four studied lichens seem to have a robust chemical defence system despite considerable manipulation of the environmental conditions. However, we don't know if these lichens are able to keep up the high protection level over longer periods comprising a number of years when more new tissue is formed. In conclusion, long term experiments are necessary to understand lichen response to environmental changes.

L’évolution du climat sur les prochaines dizaines voire centaines d’années pose de nombreuses interrogations, du fait de l’impact de l’homme. Les émissions de gaz à effet de serre depuis le début de l’ère industrielle entrainent une augmentation des températures. Celle-ci est susceptible d’affecter les écosystèmes terrestres, notamment dans les régions boréales où les augmentations de température observées et projetées sont plus importantes. Une évolution de ces écosystèmes peut entrainer des rétroactions sur le climat. Ainsi le phénomène actuel observé de verdissement des régions boréales (ou « Arctic greening ») peut augmenter ce réchauffement via une diminution de l’albédo. Afin de répondre à ces interrogations, des modèles climatiques ont été développés, intégrant des modèles de surface continentale représentant les flux de matière et d’énergie. Le travail effectué dans cette thèse a été mené à partir de l’un d’eux, le modèle de surface continentale ORCHIDEE, qui comprend une description succincte de la végétation boréale. L’objectif de cette thèse était donc l’implémentation puis la modélisation de la végétation boréale.Afin de décrire la végétation présente au niveau des hautes latitudes, i.e. les toundras et les steppes, de nouveaux types de végétation (PFTs) ont été intégrés au modèle à partir des PFTs déjà présents. Tout d’abord, les plantes non vasculaires (NVPs) ont été introduites pour représenter les lichens et les bryophytes, ensuite les buissons pour représenter une strate intermédiaire entre les arbres et les herbacées, et enfin des herbacées C3 boréales pour distinguer la végétation considérée dans les steppes boréales et les prairies tempérées. La description de cette végétation boréale s’est accompagnée de l’intégration de nouveaux processus caractéristiques, allant de l’implémentation d’interactions nouvelles telles que la protection des buissons par la neige en hiver, au simple choix de nouveaux paramètres du PFT, en passant par la modification de processus déjà présents dans le modèle comme la conductance stomatique des NVPs. D’autres processus en lien avec la végétation ont également été mis à jour ou corrigés. Enfin, pour modéliser la dynamique de la végétation boréale, les nouveaux PFTs ont été intégrés à la description initialement présente dans le modèle.Ces modifications ont permis de modéliser la végétation boréale et ses impacts sur les autres variables du système (flux de matière ou d’énergie), soit avec une végétation prescrite (simulations de la période récente), soit avec une végétation dynamique (simulations présentes et futures, à partir des scénarios RCPs 4.5 et 8.5). Les simulations effectuées avec la végétation prescrite montrent que l’on représente mieux le comportement de la végétation avec les nouveaux PFTs. Avec les PFTs originaux la productivité et la biomasse étaient surestimées dans les régions boréales et entrainaient une sous-estimation de l’albédo et une surestimation de la transpiration. Les simulations avec une végétation dynamique ont démontré la capacité du modèle à représenter avec la nouvelle végétation boréale les biomes actuels ainsi que l’« Arctic greening ». Par contre, l’embuissonement observé dans plusieurs études n’a pas été reproduit. Globalement l’introduction des PFTs boréaux s’est traduite par une meilleure description des écosystèmes arctiques et des échanges d’énergie et de matière avec l’atmosphère. Par contre, la protection du pergélisol par les NVPs n’a pas été aussi importante qu’attendu et a été compensée par une augmentation de l’humidité du sol.L’introduction de la nouvelle végétation boréale dans le modèle ORCHIDEE semble donc pertinente et met en évidence l’importance de la représentation de ces écosystèmes. Ce travail ouvre donc des perspectives pour améliorer les simulations climatiques, tant futures que passées. Comme la modélisation de la végétation depuis l’Holocène afin de simuler la quantité de carbone contenu aujourd’hui dans le pergélisol. / Climate evolution over the next ten to hundred years involves many questions, linked to the impact of man. Indeed, greenhouse gases emissions since the beginning of the industrial era lead to an increase in temperature. The latter can affect terrestrial ecosystems, particularly in boreal regions where observed and projected temperature increase is larger than in mid-latitudes. Evolution of these ecosystems can trigger climate feedbacks. For example, the currently observed « Arctic greening » phenomenon could enhance the warming via a decrease in albedo due to the increase in vegetation cover. In order to address these questions, climate models were developped, including continental surface models taking into account the fluxes of mass and energy. In this thesis, such a model was used, the continental surface scheme ORCHIDEE, which includes a succinct description of boreal vegetation. The aim of this work was thus the implementation and the modeling of boreal vegetation.In order to describe high-latitude vegetation, i.e. toundras and steppes, new plant functional types (PFTs) were integrated into the model based on existing PFTs. First, non-vascular plants (NVPs) were integrated to represent lichens and bryophytes found in desert toundras and peatlands, then shrubs to represent an intermediate stratum between trees and grasses in toundras, and finally boreal C3 grasses to distinguish vegetation found in boreal steppes and temperate grasslands. The description of this boreal vegetation was accompanied by the integration of new charachteristic processes, from the implementation of new interactions such as the protection of shrubs by snow in winter, to the simple choice of new PFT parameters such as the lower photosynthetic capacity of boreal C3 grasses compared to temperate C3 grasses, through the modification of existing processes such as the stomatal conductance of NVPs. Other processes linked to vegetation were also updated or corrected. Finally, to model the dynamics of boreal vegetation, new PFTs were integrated into the initial description in the model.Those changes enabled the modeling of boreal vegetation and its impact on other variables (mass or energy fluxes), either using a prescribed vegetation (simulations on the recent period), or using a dynamical vegetation (recent and future simulations using RCPs 4.5 and 8.5). Simulations using the prescribed vegetation indicated that vegetation behaviour is better represented with the new PFTs. With original PFTs, productivity and biomass were overestimated in boreal regions, and lead to an underestimation of albedo and an overestimation of transpiration. Simulations using a dynamical vegetation demonstrated the ability of the model, using the new boreal vegetation, to represent current-day biomes as well as « Arctic greening ». However, the shrubification observed in several studies was not reproduced. Similarly, the impact of new PFTs on other model outputs is important, with for example a decrease in productivity or albedo in winter compared to the original vegetation. Thus, the introduction of boreal PFTs generally resulted in a better description of Arctic ecosystems and of the exchanges of energy and mass with the atmosphere. On the other hand, the protection of permafrost by NVPs was not as substantial as expected and was compensated by an increase in soil humidity (due to shrubs and boreal grasses).The introduction of the new boreal vegetation in the ORCHIDEE model thus seems relevant, and highlights the importance of representing these ecosystems. This work opens up new perspectives to improve future and past climate simulations. The next step consists in modeling vegetation since the Holocene into the future in order to simulate the current amounts of carbone in the permafrost, and to project the outcome of these stocks in the context of climate change and permafrost melt.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:52:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:03/03387-1

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-12-22T09:22:37Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-12-22T09:22:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Felling of old trees as well as changes in land use and management of wooded pastures has led to the decline of biodiversity associated with old deciduous trees in Europe. This also applies to Sweden’s most species rich tree, the oak tree (Quercus robur), which changes with age and develops, for example, a rougher bark structure, deeper bark fissures and cavities. These give rise to several different microhabitats that favor the presence of lichens, mosses and wood-dependent organisms. To preserve the biodiversity, environmental conditions linked to a high diversity need to be identified and described, of which indicator species are a simplified way of measuring diversity. Epiphytic lichens are well-used indicators of environmental conditions because of their habitat specificity, longevity and sensitivity to air quality and humidity. In this study, the impact of regional (latitude, longitude and dominated landscape) and local (diameter and sun exposure) environmental variables on species richness and occurrence of epiphytic lichens on coarse oak trees (Quercus robur) were analyzed in meadows and pastures in southern Sweden with generalized linear models (GLM). A total number of 2346 oak trees were included in the study, of which about 47 % had presence of at least one of the studied lichen species. All environmental variables demonstrated significant effects on species richness, of which the regional had the greatest effect. Also with the species-specific analyses the same effect of the regional variables was found, while single species showed different requirements for the local factors. The results indicate that global warming may move the Swedish species composition more to the Northeast and that increased homogenization of the landscape may threaten the diversity attached to oaks. The results also demonstrate the importance of preserving a varied landscape with trees of different sizes, ages and different levels of sun exposure to accommodate a greater diversity of epiphytic species, but also other species linked to oak trees.

Lichens are the result of an symbiotic interaction between fungus, the mycobiont, and one or more photosynthetic components, the photobionts, which can be a green algae and/or a cyanobacteria. This study aimed to compare the species richness and composition of corticolous crustose lichens in two forest types, Caatinga and Brejo de Altitude, in relation to the influence of biotic and abiotic parameters such as light, bark pH and diameter at breast height (DBH) of the host, and elevation. To collect the lichens two transects of 300 m each were delimited, one per site. Along these transects, sampling points were marked every 10 m, in a total of 30 points per site and 60 points for the whole work. For each of the points, the nearest tree was selected which had a lichen cover at the height of 0.5 m to 1.50 m from the ground on the tree trunk. The species richness and composition for each area were analyzed. Altogether, 576 samples were collected, totaling 96 species of corticolous microlichens. There was no significant difference in species richness between the two areas. With respect to the species composition, the areas were different, but with some common species between them. Comparing the species richness of corticicolous lichens with biotic and abiotic factors, only the diameter at breast height (DBH) of the selected host presented a significant relationship. Relating the composition and biotic and abiotic factors, we had elevation, DBH and vegetation types, canopy openness, influencing the species composition. Thus, the results presented in this study are intended to contribute to the ecological knowledge of lichenized fungi, and enhancing the ecological and lichenological knowledge on Caatinga and Brejo de Altitude. / Os liquens surgem a partir da interação simbiótica entre um fungo, o micobionte, e um ou mais componentes fotossintéticos, fotobiontes, que podem ser algas verdes e, ou cianobactérias. Este trabalho teve como objetivo comparar a riqueza e composição de liquens corticícolas crostosos em duas fitofisionomias, Caatinga e Brejo de Altitude, no semiárido brasileiro, verificando se a riqueza e composição de espécies destes liquens são influenciadas pelos fatores bióticos e abióticos, como luminosidade, pH da casca e diâmetro na altura do peito (DAP) do hospedeiro, e altitude. Para a coleta dos liquens, foram demarcados dois transectos de 300 m, um em cada área de estudo. Ao longo destes transectos foram demarcados pontos a cada 10 m, sendo 30 pontos para cada área, perfazendo um total de 60 pontos. Para cada ponto demarcado, foram adotados como critério de escolha do hospedeiro a maior proximidade do ponto e a presença de talos liquênicos na altura de 0,5 m até 1,50 m em relação ao solo no tronco da árvore. Foram analisadas a riqueza e composição de espécies para cada área. Ao todo, foram coletadas 576 amostras, totalizando 96 espécies de microliquens corticícolas. Não houve uma diferença significativa na riqueza entre as duas áreas. Com relação à composição de espécies, as áreas apresentaram diferença, porém com algumas espécies comuns para as duas áreas. Comparando a riqueza de liquens corticícolas com os fatores bióticos e abióticos, apenas o diâmetro à altura do peito (DAP) do hospedeiro selecionado, apresentou-se de forma significativa em relação à riqueza de espécies de liquens corticícolas. Relacionando a composição de espécies e os fatores bióticos e abióticos, tivemos elevação, DAP e fitofisionomias (local), abertura do dossel, e riqueza influenciando a composição. Desta forma, os resultados apresentados neste estudo visam contribuir para o conhecimento ecológico dos fungos liquenizados, assim como se torna subsídio para outras pesquisas que venham a aprimorar e enriquecer o conhecimento ecológico e liquenológico da Caatinga e Brejos de Altitude.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho objetivou estudar a possibilidade de se utilizar líquen como bioindicador de poluição atmosférica para regiões impactadas por radionuclídeos, metais e elementos terras raras. Foram escolhidas como áreas de estudo a região de Pirapora do Bom Jesus, onde se localiza uma indústria de produção de estanho e chumbo metálicos e a região de Cubatão, onde se localiza o complexo industrial de produção de fertilizantes fosfatados. As duas instalações escolhidas são consideradas como indústrias TENORM - Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material, pois podem ocasionar um aumento significativo na concentração dos radionuclídeos naturais nas várias etapas do processo industrial, ocasionando um aumento potencial de exposição à radiação natural em produtos, subprodutos e resíduos gerados. Para tanto foram analisados os radionuclídeos 238U, 226Ra, 210Pb, 232Th e 228Ra, os elementos terras raras e metais em amostras de matéria prima e resíduo das instalações, liquens e solos na área de influência. As amostras de líquen e solo foram analisadas para a determinação de urânio, tório, elementos terras raras e metais por análise por ativação com nêutrons. Os radionuclídeos 226Ra, 228Ra e 210Pb em amostras de solo foram determinados por espectrometria gama, e em amostras de liquens por separação radioquímica e contagem alfa e beta total em contador proporcional de fluxo de gás constante. As concentrações de 238U (de 19 a 473 Bq kg-1), 226Ra (de 21 a 265 Bq kg-1), 210Pb (de 401 a 1461 Bq kg-1), 232Th (de 15 a 574 Bq kg-1), 228Ra (de 176 a 535 Bq kg-1), elementos terras raras, Hf e Ta determinadas nas amostras de liquens ao redor da indústria de produção de estanho e chumbo metálicos mostram que todos estes elementos se concentram significativamente e, portanto, os liquens fornecem uma assinatura da contaminação atmosférica. Os resultados obtidos nas amostras de liquens da região de Cubatão mostram uma assinatura mais evidente do radionuclídeo 210Pb, proveniente de todo parque industrial da região. Os resultados obtidos no presente estudo mostraram que os liquens podem ser usados como bioindicadores de poluição atmosférica por radionuclídeos e elementos traço. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:52:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Devido aos crescentes problemas relacionados com a poluição atmosférica na região metropolitana de São Paulo que atingem o ambiente e a saúde das populações, toma-se de grande interesse o estabelecimento de metodologias tal como a de monitoramento da qualidade do ar usando organismos cosmopolitas. O biomonitoramento é um método experimental que permite avaliar a resposta de organismos vivos à poluição, oferecendo vantagens como custos reduzidos, eficiência no monitoramento de amplas áreas geográficas e de elementos químicos poluentes presentes em baixas concentrações no ambiente e acumulados no biomonitor ao longo de um período. No presente trabalho, o método de análise por ativação neutrônica foi aplicado à determinação de elementos acumulados em amostras do fungo liquenizado Canoparmelia texana coletadas em duas áreas distintas: (1) Parques Estaduais Carlos Botelho (PECB) e Intervales (PEI), área considerada não-poluída pertencente ao ecossistema de Mata Atlântica - SP e (2) área metropolitana de São Paulo em pontos localizados nas proximidades das estações automáticas de monitoramento da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB). Os liquens coletados dos troncos de árvores foram previamente limpos, moídos e posteriormente irradiados com nêutrons do reator IEA- R1 juntamente com os padrões sintéticos dos elementos. A precisão e exatidão dos resultados analíticos foram avaliadas por meio das análises dos materiais certificados de referência IAEA-336 LICHEN e Mixed Polish Herbs (INCT-MPH-2). Os resultados obtidos nestes materiais de referência foram concordantes com os valores certificados e apresentaram, em geral, uma boa precisão com coeficientes de variação variando de 0,9 a 14,6%. Os resultados das análises de liquens indicaram que os elementos As, Co, Cr, Cs, La, Mo, Sb, Sc, Se e U estão presentes aos níveis de ng g-1, Ba, Br, Cl, Fe, K, Mn, Na, Rb e Zn aos niveis de mg g-1 e Ca aos níveis de μg g-1. Por meio da aplicação das análises de cluster e de discriminate, aos resultados obtidos nas amostras coletadas em áreas com diferentes níveis de poluição, os pontos de amostragens foram agrupados segundo similaridades químicas no que diz respeito às suas composições elementares. Também foi observado que as amostras do PECB e do PEI separaram-se dos grupos e subgrupos formados pelas amostras da região metropolitana e este resultado indica a preservação das áreas consideradas não-poluídas. Os liquens coletados no PEI apresentaram, em geral, concentrações inferiores àquelas obtidas para a região metropolitana de São Paulo principalmente para os elementos relacionados com ações antrópicas. Os mapas de distribuição das concentrações de elementos permitiram a visualização e identificação de pontos que apresentam concentrações de elementos mais altas na região metropolitana. Estes mapas de distribuição também mostraram que a poluição na região metropolitana de São Paulo apresenta perfis diferentes devido às inúmeras fontes de emissão de poluentes. Os elementos determinados nos liquens da área metropolitana indicaram ser de origens industrial, veicular e do solo. Os resultados obtidos neste trabalho mostraram a viabilidade do uso da C. texana na avaliação da poluição no biomonitoramento passivo de diversos elementos contaminantes presentes na atmosfera da região metropolitana de São Paulo. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:03/03387-1

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-12-22T09:22:37Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-12-22T09:22:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A poluição atmosférica tem sido tema frequente de pesquisas, devido aos efeitos que podem afetar a saúde dos seres vivos, o meio ambiente e clima. A fim de identificar as fontes de emissão dos poluentes e de seus efeitos, o método de biomonitoramento vem sendo estudado devido ao seu baixo custo e a possibilidade de amostragem em amplas áreas geográficas. Neste trabalho, para biomonitoramento passivo da poluição atmosférica no campus da Cidade Universitária Armando Salles de Oliveira (CUASO) da Universidade de São Paulo, foi utilizado líquen epifítico da espécie Canoparmelia texana. Os liquens coletados em troncos de árvores de diferentes pontos da CUASO foram limpos, secos por liofilização e moídos para análise pelos métodos de espectrometria de fluorescência de raios X (XRFS) e análise por ativação neutrônica (NAA). Na XRFS as amostras preparadas na forma de pastilhas foram analisadas para determinação de As, Br, Ca, Cl, Cr, Cu, Fe, K, Mn, Rb, S, Sr e Zn. Na NAA, alíquotas de amostras de liquens juntamente com padrões sintéticos de elementos foram irradiados no reator IEA-R1 e as atividades induzidas medidas em espectrômetro de raios gama para determinação de As, Br, Ca, Cd, Cl, Co, Cr, Cs, Cu, Fe, K, La, Mg, Mn, Rb, Sb, Sc, Se, U, V e Zn. A qualidade dos resultados analíticos foi avaliada pela análise de materiais de referência certificados. Seus resultados de desvios padrão relativos e de erros relativos foram inferiores a 15 % para a maioria dos elementos. Os valores de diferença padronizada ou En score obtidos foram inferiores a |1| indicando resultados satisfatórios. A homogeneidade da amostra de líquen foi avaliada tanto pela NAA como pela XRFS por meio das análises em replicatas e estes resultados indicaram a boa reprodutibilidade dos resultados em relação aos elementos determinados. Os resultados dos liquens da CUASO mostraram que as concentrações médias de As, Br, Ca, Cd, Co, Cr, Cs, Rb, Sb, Se e U foram mais altas do que daquelas das regiões consideradas não poluídas e para Fe, K, La, S, V e Zn foram da mesma ordem de grandeza. O estudo da correlação entre os elementos apresentou alta correlação (r > 0,7) para elementos originários de fontes naturais e antrópicas. A análise de componentes principais (PCA) aplicada aos resultados teve seis componentes principais, onde os componentes 1 e 2 corresponderam a 52,9 % da variância dos dados. Os resultados dos fatores de enriquecimento (FE) calculados entre os liquens da CUASO e de uma região considerada limpa foram maiores que 1 para maioria dos elementos, indicando que estes elementos podem ser de fontes antrópicas. Pelos resultados obtidos concluise que a origem dos elementos determinados nos liquens da CUASO pode ser atribuída a fontes como a resuspensão de partículas de solo e emissões antrópicas. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP