This thesis assessed effects of Amazonian deforestation on artificial association networks of bacteria to bacteria and to abiotic soil factors and networks based on categories of bacterial functions and abiotic soil factors, and sought a better insight into community of Acidobacteria in Amazon soils under agricultural management of soybean based on culture-dependent and molecular approaches. Bacterial community was studied based on next-generation sequencing technologies (Roche GS FLX Titanium and Illumina HiSeq 2000 platforms), quantitative real-time PCR, fingerprinting technique and basic procedures for bacteria culture. The general objective of this thesis was achieved by development of three different studies. The Study 1 analyzed the total bacterial community based on 16S ribosomal DNA pyrotag (425 thousand sequences), shotgun metagenomics (266 million sequences) and environmental parameters from soil samples collected in three real replicate of intact Amazon rainforest and adjacent deforested site after 2-4 months of forest clearing and burning in the Brazilian Amazon. This study showed that deforestation of Amazon forest soils led to a consistent decline in the abundance of Verrucomicrobia and alterations in verrucomicrobial community structure, and simplified association networks among different bacterial taxonomic groups and abiotic soil factors. In order to adapt to this condition function-based associations network were enhanced, indicating a higher degree of risk spreading for the maintenance of soil functioning. The Study 2, in turn, correlated relative abundance of Acidobacteria subgroups - based on approximately 33 thousand sequences of acidobacterial 16S rRNA genes - and abiotic soil factors, and showed differential response of Acidobacteria subgroups to abiotic soil factors in Amazon forest soils into soybean croplands. This study opened the possibilites to explore acidobacterial subgroups as early-warning bio-indicators of agricultural soil management effects in the Amazon area. Lastly, the Study 3 reported the culturability and molecular detection of Acidobacteria subgroups 1 and 3 concomitantly to other bacterial groups from Amazon soils on enriched culture medium with carbon source and incubated for relatively long period in hypoxic atmosphere (2% O2 [vol/vol], 2% CO2 [vol/vol] and 96% N2 [vol/vol]), and validated the combination of traditional procedures for bacteria culture and molecular techniques for recover and detection of Acidobacteria from Amazon soils / Este trabalho de tese avaliou o efeito do desmatamento sobre redes artificiais de associação entre grupos taxonômicos de Bacteria e fatores abióticos do solo e redes baseadas em funções bacterianas e fatores abióticos do solo, e utilizou técnicas moleculares e abordagem dependente de cultivo para compreender a dinâmica da comunidade de Acidobacteria em solos da floresta Amazônica convertidos em áreas agrícolas para produção de soja. Para estudo das comunidades bacterianas foram utilizadas tecnologias de sequenciamento de nova geração (plataformas 454 GS FLX Titanium da Roche e Illumina HiSeq 2000), PCR quantitativo em tempo-real, método de fingerprinting e procedimentos tradicionais para cultivo de bactérias. O objetivo geral desta tese foi alcançado com o desenvolvimento de três diferentes estudos. O Estudo 1 considerou aproximadamente 425 mil sequências do gene 16S rRNA de Bacteria e 266 milhões de sequências de DNA bacteriano obtidas por análise metagenômica a partir de solos coletados em três réplicas verdadeiras de floresta intacta na Amazônia e área desmatada adjacente após corte e queima da cobertura vegetal. Com isso, este estudo mostrou que o desmatamento declina a abundância e altera a estrutura de comunidade de Verrucomicrobia no solo e simplifica as redes artificiais de associação entre diferentes grupos bacterianos. A rede artificial de associação entre categorias funcionais e fatores de solo revelou-se mais complexa em solos desmatados, indicando um alto grau de dispersão de risco para a manutenção do funcionamento do solo. Por sua vez, o Estudo 2 correlacionou a abundância de subgrupos de Acidobacteria - com base em aproximadamente 33 mil sequências do gene 16S rRNA de Acidobacteria - com fatores abióticos do solo, e mostrou que subgrupos de Acidobacteria respondem diferentemente aos efeitos do manejo agrícola de solos da floresta Amazônica dentro de áreas de produção de soja. Este estudo abriu possibilidades de explorar subgrupos de Acidobacteria como bio-indicadores dos efeitos do manejo agrícola do solo na região da Amazônia. Por fim, o Estudo 3 reportou a culturabilidade e detecção molecular de Acidobacteria subgrupos 1 e 3 e outros grupos bacterianos presentes em solos Amazônicos em meio de cultura enriquecido com carbono e incubado sob atmosfera hipóxica (2% O2 [vol/vol], 2% CO2 [vol/vol] e 96% N2 [vol/vol]), atestando, assim, a combinação de procedimentos tradicionais de cultivo e técnicas moleculares para a recuperação e detecção de Acidobacteria de solos da Amazônia

As mudanças no uso da terra tais como a conversão de ecossistemas naturais em agro ecossistemas, provocam alterações significativas na dinâmica da matéria orgânica do solo (MOS); bem como é responsável pela crescente emissão de gases causadores do efeito estufa no Brasil, representando cerca de 20% do total das emissões. Nos últimos 30 anos, essa prática tem ocorrido de forma mais intensa no arco do desmatamento da Amazônia, particularmente nos Estados de Rondônia e Mato Grosso. Assim o objetivo principal desta pesquisa foi avaliar variações nos estoques de carbono do solo, devido à mudança do uso da terra para pastagens na região Sudoeste da Amazônia. Os objetivos específicos foram: quantificar alguns atributos químicos e físicos do solo, os estoques de carbono do solo e do carbono remanescente, pela abordagem isotópica, da área de floresta nativa e aquelas transformadas em pastagens. A área de estudo (7 ° e 18 °S; 50 ° e 67° W) está localizada nos Estados de Rondônia e Mato Grosso. Os solos avaliados foram Latossolos, Argissolos e Neossolos, representando 75% da área total dos dois Estados. A seleção dos locais de amostragem foi realizada a partir da divisão preliminar da área total em 11 ecorregiões biogeoclimáticas, com posterior sorteio aleatório das cidades. As amostragens de solos foram realizadas entre Junho/Julho de 2007, em cinco situações distintas: vegetação nativa (floresta, cerrado e cerradão) (NA), pastagem (PA) sob diferentes manejos, culturas perenes (PE), áreas sob cultivo convencional (PC) e plantio direto (PD). O delineamento experimental foi inteiramente casualizado com cinco repetições. As amostras de solo foram coletadas nas seguintes camadas: 0-5, 5-10, 10-20 e 20-30 cm. Os resultados indicaram que o sistema PD decresceu o pH do solo nas camadas mais profundas. Para todos os tratamentos, pH demonstrou o predomínio de cargas negativas. A densidade do solo foi maior nas pastagens degradadas. Os teores de carbono apresentaram correlação positiva com os teores de argila+silte em todas as profundidades do solo para os diferentes sistemas de uso da terra. Na camada 0-30 cm, PC apresentou uma tendência de aumento dos estoques de carbono (51,46 Mg ha-1), seguido por PD (48,76 Mg ha-1), PA (46,75 Mg ha-1) e PE (46,75 Mg ha-1), ainda que diferenças significativas entre as áreas não foram encontradas. Na floresta, os valores de 13 C mostraram variação de -28 a -26 com o aumento da profundidade do solo, enquanto na pastagem a variação 13 C foi menor do que na floresta (-22 a -24 ), devido possivelmente à presença de carbono remanescente da floresta nas camadas mais profundas do solo. A idade das pastagens não influenciou diretamente o acúmulo de carbono do solo, assim como o maior estoque de carbono encontrado na pastagem com 18 anos de uso. A textura do solo (30-60% argila+silte) determinou a maior taxa anual de estoques de carbono (2,14 Mg ha-1 ano-1) no tratamento PD. A diferença entre o estoque de carbono estimado pelo software ArcGis 9.0 e o encontrado neste estudo foi 0,53 Mg-1 ha-1 para os diferentes tipos de solo e vegetação. / Land use changes such as conversion of natural ecosystems to agro ecosystems are shown to cause alterations in the transformations of soil organic matter (SOM), as well they are responsible for crescent emissions of greenhouse gases (GEE), therefore representing around 20% of total GEE emissions. Over the last 30 years, land deforestation has occurred more intensively in the deforestation arc of Amazonian, particularly in the States of Rondônia and Mato Grosso. The main objective of this research was to evaluate variations in the soil carbon stocks, due to land conversion of native forest to pastures in the Southwest Amazonian region. The specific objectives were to measure some chemical and physical soil attributes, carbon stocks and the remaining soil carbon, through isothopic technique, from the native forest and that incorporated by land use to pastures. Study site (7° and 18° S; 50° and 67° W) was located in the States of Rondônia and Mato Grosso. Soils used in this study were Latosols, Argisols and Neosols, which cover 75% of the total area of both States. The choice of sampling areas was based on a preliminary division of total area in 11 biogeoclimatic region, followed by randomized selection of cities. Soil samplings were realized during June/July 2007, according to five treatments: native forest (forest, savanna and cerradão) (NA), pasture (PA) under different managements, perennial crops (PE), areas under no tillage (PC) and tillage management (PD). Experimental design was randomized with five replications. Soil samples were collected in the following soil layers: 0-5, 5-10, 10-20 and 20-30 cm. Results showed that PD decreased pH in the deeper soil layers. For all treatments pH illustrated a dominance of negative charge. Soil density was found to be highest in the degraded pastures. Carbon contents showed a positive correlation with the clay+silt contents for all soil layers in the different land uses. In the 0-30 cm layer, PC management showed a tendency to increase soil carbon stocks (51,46 Mg ha-1), followed by PD (48,76 Mg ha-1), PA (46,75 Mg ha-1) and PE (46,75 Mg ha-1), although significant differences among study sites were not found. In the forest, 13 C values showed a variation from -28 to -26 in the soil depth; while in the pasture 13 C variation was lower than in the forest (-22 a -24 ), probably due to the presence of remaining carbon from the forest in the deeper soil layers. The age of pastures did not influence directly the accumulation of soil carbon, as well the highest carbon stock was found in the pasture with 18 years of use. Soil texture (30-60% clay+silt) determined the highest annual rate of carbon stocks (2,14 Mg ha-1 ano-1) in the PD management. The difference between carbon stock estimated by ArcGis 9.0 software and that found in this study was 0,53 Mg-1 ha-1 for all different soil types and vegetation.

O boom do consumo e da produção de quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) é um fenômeno recente que representa a transição de um cultivo andino negligenciado e subutilizado durante séculos para um supercultivo moderno do século XXI, dado o seu aporte nutricional. Nesse sentido, a presente tese apresenta e discute questões que o boom da quinoa suscita acerca das tendências das mudanças no uso da terra no Peru ― país que se tornou o maior produtor e exportador mundial do produto a partir de 2014. Para o desenvolvimento da pesquisa realizaram-se dois estudos. O primeiro deles objetivou analisar a dinâmica da expansão do cultivo de quinoa e identificar as mudanças no uso da terra resultantes do boom da quinoa, assim como determinar se tais mudanças ameaçam a agrobiodiversidade na principal região produtora de quinoa: Puno. O segundo estudo buscou calcular o impacto do boom da quinoa na expansão do seu cultivo, em termos de área ocupada, além de discutir os mecanismos pelos quais a expansão da demanda internacional por este produto ocasiona mudanças no uso da terra no Peru. Ambos os estudos se basearam em dados disponibilizados por entidades e órgãos oficiais do Peru, os quais foram coletados separadamente para as 18 regiões produtoras de quinoa, no período de 1995-2014. Para a análise dos dados, construíram-se mapas temáticos com as variáveis: área cultivada e variação porcentual anual de área cultivada. Também foram utilizadas as seguintes técnicas estatísticas: estatística descritiva, Análise de Componentes Principais (PCA) e exponential smoothing. Os resultados evidenciaram que o boom da quinoa no Peru começou em 2009, sendo que, a partir desse ano, a configuração da área cultivada com quinoa foi alterada drasticamente. Já no ano de 2014, inicia-se um período de expansão sem precedentes na história de sua produção. Cabe destacar, nesse sentido, que se o boom da quinoa não tivesse ocorrido, no ano de 2014 teria sido cultivada uma área 43% menor de quinoa do que foi efetivamente observado. A partir disso, foram constatados três fenômenos: (i) a evolução de uma nova geografia da produção de quinoa; (ii) a redução do uso de práticas agrícolas tradicionais (p.ex.: rotação de cultivos, descanso do solo) decorrente da intensificação da produção de quinoa; e (iii) a tendência de competição pelo uso da terra para produção de cultivos Andinos na região Puno (cañigua, mashua, oca e tarhui). Dessa forma, a expansão do mercado internacional de quinoa a partir de 2008 já começa a revelar suas consequências sobre as mudanças no uso da terra no Peru: (i) efeito de deslocamento (migração de atividades de um lugar para outro de uma maneira a ocasionar mudanças no uso da terra em novas localidades), (ii) efeito rebote (mudanças no uso da terra com as medidas adotadas para incrementar a eficiência da produção e aumento do número de empresas atuando no setor), e (iii) efeito cascata (perturbações que afetam o sistema terrestre em decorrência da substituição de áreas destinadas à produção de outros cultivos em condições agroecológicas específicas). Ao trazer uma perspectiva sobre a relação entre a intensificação do comércio internacional da quinoa e a expansão de terra cultivada no Peru, este trabalho contribui para a literatura, ainda em construção, sobre consequências das mudanças no uso da terra na sustentabilidade dos sistemas agrobiológicos. / The boom in consumption and production of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) is a recent phenomenon that represents the transition from a neglected and underutilized Andean crop for centuries to a modern supercrop of the 21st century due to its exceptional nutritional value. In this context, the present thesis presents and discusses issues raised as a resut of the quinoa boom regarding trends in land-use change in Peru, which, as from 2014, has become the world’s largest producer of quinoa. Therefore, two studies were carried out. The first study aimed to analyze the dynamics of the expansion of quinoa cultivation and to identify land use changes resulting from the quinoa boom, as well as to determine whether such changes threaten agrobiodiversity in the major quinoa producing region: Puno. The second study aimed to calculate the impact of the quinoa boom on the expansion of quinoa production in terms of cultivated area, and to discuss the mechanisms by which the growing international demand for this product causes land use changes in Peru. Both studies are based on data available from official sources. Data were collected separately for the quinoa producing regions, 18 in total. It covers the period from 1995 to 2014. Data were analyzed using thematic maps with the following variables: harvested area and annual variation in the percentage of harvested area. There were also used the following statistical techniques: descriptive statistics, Principal Component Analysis (PCA) and exponential smoothing. The findings showed that the quinoa boom in Peru began in 2009. From this year, the configuration of the area cultivated with quinoa has changed drastically, but the year 2014 marked the beginning of an unprecedented period in the history of the production of this crop. In this regard, it should be noted that if it had not occurred the quinoa boom, the area cultivated with quinoa in 2014 would have been 43% less than the observed quantity. From this, it was found three phenomena: (i) the evolution of the new geography of quinoa production in Peru; (ii) the diminished use of traditional farming practices (eg.: crop rotation with rest for the soil) due to the intensification of quinoa production; and (iii) the trend towards increased land use competition for Andean crop production in the Puno region (cañigua, mashua, oca e tarhui). Thus, the growing international quinoa trade since 2008 has started to reveal the consequences of land use changes in Peru: (i) displacement effect (migration of activities from one place to another, causing land use changes in new locations); (ii) rebound effect (land use changes in response to the measures introduced to improve production efficiency and the increase in the number of companies operating in the sector); and (iii) cascade effect (disorders that affect the land system as a result of the substitution of land area used to produce other crops in specific agro-ecological conditions). With the perspective on the link between the intensification of international trade of quinoa and the expansion of cultivated land in Peru, this study contributes to the literature by providing insights into the consequences of land use changes on the sustainability of agrobiological systems.

As mudanças no uso da terra tais como a conversão de ecossistemas naturais em agro ecossistemas, provocam alterações significativas na dinâmica da matéria orgânica do solo (MOS); bem como é responsável pela crescente emissão de gases causadores do efeito estufa no Brasil, representando cerca de 20% do total das emissões. Nos últimos 30 anos, essa prática tem ocorrido de forma mais intensa no arco do desmatamento da Amazônia, particularmente nos Estados de Rondônia e Mato Grosso. Assim o objetivo principal desta pesquisa foi avaliar variações nos estoques de carbono do solo, devido à mudança do uso da terra para pastagens na região Sudoeste da Amazônia. Os objetivos específicos foram: quantificar alguns atributos químicos e físicos do solo, os estoques de carbono do solo e do carbono remanescente, pela abordagem isotópica, da área de floresta nativa e aquelas transformadas em pastagens. A área de estudo (7 ° e 18 °S; 50 ° e 67° W) está localizada nos Estados de Rondônia e Mato Grosso. Os solos avaliados foram Latossolos, Argissolos e Neossolos, representando 75% da área total dos dois Estados. A seleção dos locais de amostragem foi realizada a partir da divisão preliminar da área total em 11 ecorregiões biogeoclimáticas, com posterior sorteio aleatório das cidades. As amostragens de solos foram realizadas entre Junho/Julho de 2007, em cinco situações distintas: vegetação nativa (floresta, cerrado e cerradão) (NA), pastagem (PA) sob diferentes manejos, culturas perenes (PE), áreas sob cultivo convencional (PC) e plantio direto (PD). O delineamento experimental foi inteiramente casualizado com cinco repetições. As amostras de solo foram coletadas nas seguintes camadas: 0-5, 5-10, 10-20 e 20-30 cm. Os resultados indicaram que o sistema PD decresceu o pH do solo nas camadas mais profundas. Para todos os tratamentos, pH demonstrou o predomínio de cargas negativas. A densidade do solo foi maior nas pastagens degradadas. Os teores de carbono apresentaram correlação positiva com os teores de argila+silte em todas as profundidades do solo para os diferentes sistemas de uso da terra. Na camada 0-30 cm, PC apresentou uma tendência de aumento dos estoques de carbono (51,46 Mg ha-1), seguido por PD (48,76 Mg ha-1), PA (46,75 Mg ha-1) e PE (46,75 Mg ha-1), ainda que diferenças significativas entre as áreas não foram encontradas. Na floresta, os valores de 13 C mostraram variação de -28 a -26 com o aumento da profundidade do solo, enquanto na pastagem a variação 13 C foi menor do que na floresta (-22 a -24 ), devido possivelmente à presença de carbono remanescente da floresta nas camadas mais profundas do solo. A idade das pastagens não influenciou diretamente o acúmulo de carbono do solo, assim como o maior estoque de carbono encontrado na pastagem com 18 anos de uso. A textura do solo (30-60% argila+silte) determinou a maior taxa anual de estoques de carbono (2,14 Mg ha-1 ano-1) no tratamento PD. A diferença entre o estoque de carbono estimado pelo software ArcGis 9.0 e o encontrado neste estudo foi 0,53 Mg-1 ha-1 para os diferentes tipos de solo e vegetação. / Land use changes such as conversion of natural ecosystems to agro ecosystems are shown to cause alterations in the transformations of soil organic matter (SOM), as well they are responsible for crescent emissions of greenhouse gases (GEE), therefore representing around 20% of total GEE emissions. Over the last 30 years, land deforestation has occurred more intensively in the deforestation arc of Amazonian, particularly in the States of Rondônia and Mato Grosso. The main objective of this research was to evaluate variations in the soil carbon stocks, due to land conversion of native forest to pastures in the Southwest Amazonian region. The specific objectives were to measure some chemical and physical soil attributes, carbon stocks and the remaining soil carbon, through isothopic technique, from the native forest and that incorporated by land use to pastures. Study site (7° and 18° S; 50° and 67° W) was located in the States of Rondônia and Mato Grosso. Soils used in this study were Latosols, Argisols and Neosols, which cover 75% of the total area of both States. The choice of sampling areas was based on a preliminary division of total area in 11 biogeoclimatic region, followed by randomized selection of cities. Soil samplings were realized during June/July 2007, according to five treatments: native forest (forest, savanna and cerradão) (NA), pasture (PA) under different managements, perennial crops (PE), areas under no tillage (PC) and tillage management (PD). Experimental design was randomized with five replications. Soil samples were collected in the following soil layers: 0-5, 5-10, 10-20 and 20-30 cm. Results showed that PD decreased pH in the deeper soil layers. For all treatments pH illustrated a dominance of negative charge. Soil density was found to be highest in the degraded pastures. Carbon contents showed a positive correlation with the clay+silt contents for all soil layers in the different land uses. In the 0-30 cm layer, PC management showed a tendency to increase soil carbon stocks (51,46 Mg ha-1), followed by PD (48,76 Mg ha-1), PA (46,75 Mg ha-1) and PE (46,75 Mg ha-1), although significant differences among study sites were not found. In the forest, 13 C values showed a variation from -28 to -26 in the soil depth; while in the pasture 13 C variation was lower than in the forest (-22 a -24 ), probably due to the presence of remaining carbon from the forest in the deeper soil layers. The age of pastures did not influence directly the accumulation of soil carbon, as well the highest carbon stock was found in the pasture with 18 years of use. Soil texture (30-60% clay+silt) determined the highest annual rate of carbon stocks (2,14 Mg ha-1 ano-1) in the PD management. The difference between carbon stock estimated by ArcGis 9.0 software and that found in this study was 0,53 Mg-1 ha-1 for all different soil types and vegetation.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:32:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4717.pdf: 3844984 bytes, checksum: 6f98364509ca7b19c991a7b44b861e35 (MD5) Previous issue date: 2012-07-05 / Financiadora de Estudos e Projetos / Land use changes have resulted in large environmental impacts, and in agricultural landscapes sometimes only forest fragments remain. However, riparian forest remnants can influence positively stream water quality, and serve as refuge to aquatic species sensible to deforestation. We evaluated if the presence of a riparian forest remnant influences the structure and composition of macroinvertebrate communities in a rural stream in southeastern Brazil. We sampled three reaches upstream (within abandoned sugarcane cultivation), one at the edge and nine downstream the remnant edge, until 600 m inside the forested area, using leaf litter bags. The abundances of Elmidae, Chironomidae, and total macroinvertebrates increased along the forest remnant, whereas the abundance of Baetidae, proportion of Ephemeroptera, Plecoptera and Trichoptera (EPT), EPT/Chironomidae ratio, and taxon richness and diversity decreased. EPT taxon richness and abundance did not vary along the forest remnant. Reaches upstream the remnant have herbs and grasses that increased microhabitat availability and, consequently, the diversity and taxon richness in this degraded areas. Increases in abundances of Chironomidae and total macroinvertebrates within the forested area can be related to moderate increases in nutrient concentrations or availability of high quality leaf litter patches. Forest remnants can influence macroinvertebrate communities, although variation in their responses can be related to local agricultural practices and land use at the watershed scale. Forest fragments are important in maintaining water quality in agricultural landscapes, deserving special attention in watershed management projects and more commitment from the authorities to comply with environmental laws, aiming to protect and recover permanent preservation areas (PPA) in irregular situation. / Alterações no uso da terra geram grandes impactos ambientais, e em paisagens agrícolas podem restar apenas fragmentos florestais, com pouca continuidade florestal. No entanto, os remanescentes de matas ripárias podem ter efeitos positivos sobre a qualidade da água de córregos, e servem como refúgio para espécies aquáticas sensíveis ao desmatamento. Nós avaliamos se e a presença de um fragmento de floresta ripária influencia a estrutura e composição das comunidades de macroinvertebrados ao longo do gradiente longitudinal de um córrego situado em uma área rural no sudeste brasileiro. Amostramos treze trechos do córrego, três a montante (situados em meio a uma plantação de cana-de-açúcar abandonada e próximos a esta), um na borda e nove a jusante da borda do fragmento abrangendo até 600 m o interior da área florestada, usando sacos de detritos. As abundâncias de Elmidae, Chironomidae e do total de macroinvertebrados aumentaram ao longo do fragmento florestal, enquanto a abundância de Baetidae, abundância relativa de Ephemeroptera, Plecoptera e Trichoptera (EPT), razão das abundâncias EPT/Chironomidae, riqueza e diversidade taxonômica diminuíram. A abundância e a riqueza de táxons de EPT não variaram ao longo do remanescente. Os trechos a montante do remanescente apresentam herbáceas e gramíneas que aumentaram a disponibilidade de microhabitats e, consequentemente, a riqueza e diversidade de táxons nessas áreas degradadas. Os aumentos das abundâncias de Chironomidae e do total de macroinvertebrados no interior da área florestada podem estar relacionados à moderada elevação da concentração de nutrientes ou disponibilidade de manchas foliares de alta qualidade. Os remanescentes florestais podem influenciar as comunidades de macroinvertebrados, embora variações em suas respostas possam estar relacionadas às práticas agrícolas locais e ao uso da terra em escala de microbacia. Os fragmentos florestais são importantes na manutenção da qualidade da água em paisagens agrícolas, merecendo especial atenção em projetos de gestão de bacias hidrográficas e mais empenho por parte das autoridades para o cumprimento das leis ambientais, visando à proteção e recuperação de áreas de preservação permanente (APP) em situação irregular.

O boom do consumo e da produção de quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) é um fenômeno recente que representa a transição de um cultivo andino negligenciado e subutilizado durante séculos para um supercultivo moderno do século XXI, dado o seu aporte nutricional. Nesse sentido, a presente tese apresenta e discute questões que o boom da quinoa suscita acerca das tendências das mudanças no uso da terra no Peru ― país que se tornou o maior produtor e exportador mundial do produto a partir de 2014. Para o desenvolvimento da pesquisa realizaram-se dois estudos. O primeiro deles objetivou analisar a dinâmica da expansão do cultivo de quinoa e identificar as mudanças no uso da terra resultantes do boom da quinoa, assim como determinar se tais mudanças ameaçam a agrobiodiversidade na principal região produtora de quinoa: Puno. O segundo estudo buscou calcular o impacto do boom da quinoa na expansão do seu cultivo, em termos de área ocupada, além de discutir os mecanismos pelos quais a expansão da demanda internacional por este produto ocasiona mudanças no uso da terra no Peru. Ambos os estudos se basearam em dados disponibilizados por entidades e órgãos oficiais do Peru, os quais foram coletados separadamente para as 18 regiões produtoras de quinoa, no período de 1995-2014. Para a análise dos dados, construíram-se mapas temáticos com as variáveis: área cultivada e variação porcentual anual de área cultivada. Também foram utilizadas as seguintes técnicas estatísticas: estatística descritiva, Análise de Componentes Principais (PCA) e exponential smoothing. Os resultados evidenciaram que o boom da quinoa no Peru começou em 2009, sendo que, a partir desse ano, a configuração da área cultivada com quinoa foi alterada drasticamente. Já no ano de 2014, inicia-se um período de expansão sem precedentes na história de sua produção. Cabe destacar, nesse sentido, que se o boom da quinoa não tivesse ocorrido, no ano de 2014 teria sido cultivada uma área 43% menor de quinoa do que foi efetivamente observado. A partir disso, foram constatados três fenômenos: (i) a evolução de uma nova geografia da produção de quinoa; (ii) a redução do uso de práticas agrícolas tradicionais (p.ex.: rotação de cultivos, descanso do solo) decorrente da intensificação da produção de quinoa; e (iii) a tendência de competição pelo uso da terra para produção de cultivos Andinos na região Puno (cañigua, mashua, oca e tarhui). Dessa forma, a expansão do mercado internacional de quinoa a partir de 2008 já começa a revelar suas consequências sobre as mudanças no uso da terra no Peru: (i) efeito de deslocamento (migração de atividades de um lugar para outro de uma maneira a ocasionar mudanças no uso da terra em novas localidades), (ii) efeito rebote (mudanças no uso da terra com as medidas adotadas para incrementar a eficiência da produção e aumento do número de empresas atuando no setor), e (iii) efeito cascata (perturbações que afetam o sistema terrestre em decorrência da substituição de áreas destinadas à produção de outros cultivos em condições agroecológicas específicas). Ao trazer uma perspectiva sobre a relação entre a intensificação do comércio internacional da quinoa e a expansão de terra cultivada no Peru, este trabalho contribui para a literatura, ainda em construção, sobre consequências das mudanças no uso da terra na sustentabilidade dos sistemas agrobiológicos. / The boom in consumption and production of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) is a recent phenomenon that represents the transition from a neglected and underutilized Andean crop for centuries to a modern supercrop of the 21st century due to its exceptional nutritional value. In this context, the present thesis presents and discusses issues raised as a resut of the quinoa boom regarding trends in land-use change in Peru, which, as from 2014, has become the world’s largest producer of quinoa. Therefore, two studies were carried out. The first study aimed to analyze the dynamics of the expansion of quinoa cultivation and to identify land use changes resulting from the quinoa boom, as well as to determine whether such changes threaten agrobiodiversity in the major quinoa producing region: Puno. The second study aimed to calculate the impact of the quinoa boom on the expansion of quinoa production in terms of cultivated area, and to discuss the mechanisms by which the growing international demand for this product causes land use changes in Peru. Both studies are based on data available from official sources. Data were collected separately for the quinoa producing regions, 18 in total. It covers the period from 1995 to 2014. Data were analyzed using thematic maps with the following variables: harvested area and annual variation in the percentage of harvested area. There were also used the following statistical techniques: descriptive statistics, Principal Component Analysis (PCA) and exponential smoothing. The findings showed that the quinoa boom in Peru began in 2009. From this year, the configuration of the area cultivated with quinoa has changed drastically, but the year 2014 marked the beginning of an unprecedented period in the history of the production of this crop. In this regard, it should be noted that if it had not occurred the quinoa boom, the area cultivated with quinoa in 2014 would have been 43% less than the observed quantity. From this, it was found three phenomena: (i) the evolution of the new geography of quinoa production in Peru; (ii) the diminished use of traditional farming practices (eg.: crop rotation with rest for the soil) due to the intensification of quinoa production; and (iii) the trend towards increased land use competition for Andean crop production in the Puno region (cañigua, mashua, oca e tarhui). Thus, the growing international quinoa trade since 2008 has started to reveal the consequences of land use changes in Peru: (i) displacement effect (migration of activities from one place to another, causing land use changes in new locations); (ii) rebound effect (land use changes in response to the measures introduced to improve production efficiency and the increase in the number of companies operating in the sector); and (iii) cascade effect (disorders that affect the land system as a result of the substitution of land area used to produce other crops in specific agro-ecological conditions). With the perspective on the link between the intensification of international trade of quinoa and the expansion of cultivated land in Peru, this study contributes to the literature by providing insights into the consequences of land use changes on the sustainability of agrobiological systems.

Les changements globaux affectent la biodiversité à tous les niveaux de l’espace, du temps et d’organisation biologique. Afin de limiter notre impact sur le monde naturel, il est nécessaire de concilier nos activités avec les dynamiques de la biodiversité. Dans ce but, l’écologie scientifique a pour rôle d’apporter les connaissances scientifiques nécessaires à la compréhension et à la prédiction des réponses de la biodiversité lorsqu’elle est confrontée à de tels changements environnementaux. Or, la compréhension des processus par lesquels les activités humaines influent sur la diversité écologique est limité par la compartimentation de la discipline dans les échelles spatiales, temporelles, et entre les niveaux d’organisations.Partant de ce constat, ce travail de thèse s’est intéressé aux réponses des communautés d’oiseaux communs au changement climatique, en proposant une vision intégrative de l’écologie des changements globaux. J’ai notamment cherché à montrer comment la prise en compte des interactions entre les différentes échelles nous permettaient de lever le voile sur les processus mis en jeu dans les réponses des communautés précédemment décrites sur de larges échelles. En analysant des données issus de suivis à long-terme des oiseaux nicheurs communs en Europe (France, Suède) et en Amérique du Nord, j’ai proposé une navigation dans les dimensions spatiales, temporelles et les niveaux d’organisations. En confrontant les différentes échelles, mes travaux ont notamment montré que :(i) la recomposition thermique des communautés est une réponse non-linéaire aux variations de température déterminée à l’échelle locale, probablement via des processus démographiques influencés par les anomalies de températures.(ii) la présence d’aires protégées, la diversité en habitat et la topographie du paysage facilite la réponse des oiseaux communs aux variations de températures locales.(iii) la réponse à l’échelle des communautés est le fruit d’une interaction entre les dynamiques des espèces et les caractéristiques de leur niche thermique : les espèces abondantes ainsi que les espèces plus rares aux niches thermiques froides sont responsables des dynamiques de communautés observées.(v) le changement climatique joue un rôle notable dans le processus d’homogénéisation biotique. Les variations de température locales amènent une perte des espèces spécialistes et fonctionnellement originales, probablement via le relâchement des filtres écologiques sur l’assemblage des communautés.J’explore les conséquences de ces résultats sur notre compréhension des processus qui sous-tendent l’impact du changement climatique sur la composition fonctionnelle des communautés, ainsi que sur l’adaptation de nos stratégies d’aménagement du territoire. Je propose en conclusion de dépasser les clivages de l’écologie pour prendre plus explicitement et plus systématiquement en compte les interactions entre échelles. Je défends l’idée selon laquelle cette évolution de paradigme est nécessaire au développement d’une (macro) écologie plus mature et prédictive à même de répondre au défi imposé par la crise de la biodiversité. / Global changes affect biodiversity at all spatial, temporal and biological scales. In order to mitigate the human impact on nature, we must balance our activitis with biodiversity dynamics. To this end, scientific ecology must provide the scientific knowledge necessary for the understanding and prediction of biodiversity responses facing environmental changes. However, understanding the processes by which human activities affect the ecological diversity is still limited by the separation of ecology in different geographical, temporal, and biological levels.My work investigated birds’ communities responses to climate change by adopting an integrative view of global changes ecology. I precisely sought to show how considering interactions between different scales can unveil the processes involved in over large scales community responses previously described. By analyzing data from long-term monitoring of common breeding birds in Europe (France, Sweden) and North-America, I proposed proposed a multi-scale consideratin of space, time and levels of organizations. By confronting different scales, my work has shown that:(i) thermal recomposition of communities is a non-linear response to temperature variations locally determined, probably via demographic processes influenced by temperature anomalies.(ii) the amount of protected areas, habitat diversity and landscape topography promotes the response of common birds to local temperature variations.(iii) community level responses are shaped by the interaction between the species dynamics and their their thermal niche: both abundant species and rare species with cold thermal niches are responsible for the observed community dynamics.(iv) climate change drives a part of the biotic homogenization process. Local temperature changes lead to a relative loss of habitat-specialist and functionally original species, probably via the relaxation of environmental filters on the assembly of communities.I discussed the implications of these results on our understanding of the processes underlying the impact of climate change on the functional composition of communities, as well as adaptation of our land-management strategies. In conclusion, I suggest to move towards a more unified ecology by taking more explicitly and systematically into account the interactions between scales. I argue that such a change is necessary for the development of a more mature and predictive ecology able to took on the challenge imposed by the ongoing biodiversity crisis.

This thesis assessed effects of Amazonian deforestation on artificial association networks of bacteria to bacteria and to abiotic soil factors and networks based on categories of bacterial functions and abiotic soil factors, and sought a better insight into community of Acidobacteria in Amazon soils under agricultural management of soybean based on culture-dependent and molecular approaches. Bacterial community was studied based on next-generation sequencing technologies (Roche GS FLX Titanium and Illumina HiSeq 2000 platforms), quantitative real-time PCR, fingerprinting technique and basic procedures for bacteria culture. The general objective of this thesis was achieved by development of three different studies. The Study 1 analyzed the total bacterial community based on 16S ribosomal DNA pyrotag (425 thousand sequences), shotgun metagenomics (266 million sequences) and environmental parameters from soil samples collected in three real replicate of intact Amazon rainforest and adjacent deforested site after 2-4 months of forest clearing and burning in the Brazilian Amazon. This study showed that deforestation of Amazon forest soils led to a consistent decline in the abundance of Verrucomicrobia and alterations in verrucomicrobial community structure, and simplified association networks among different bacterial taxonomic groups and abiotic soil factors. In order to adapt to this condition function-based associations network were enhanced, indicating a higher degree of risk spreading for the maintenance of soil functioning. The Study 2, in turn, correlated relative abundance of Acidobacteria subgroups - based on approximately 33 thousand sequences of acidobacterial 16S rRNA genes - and abiotic soil factors, and showed differential response of Acidobacteria subgroups to abiotic soil factors in Amazon forest soils into soybean croplands. This study opened the possibilites to explore acidobacterial subgroups as early-warning bio-indicators of agricultural soil management effects in the Amazon area. Lastly, the Study 3 reported the culturability and molecular detection of Acidobacteria subgroups 1 and 3 concomitantly to other bacterial groups from Amazon soils on enriched culture medium with carbon source and incubated for relatively long period in hypoxic atmosphere (2% O2 [vol/vol], 2% CO2 [vol/vol] and 96% N2 [vol/vol]), and validated the combination of traditional procedures for bacteria culture and molecular techniques for recover and detection of Acidobacteria from Amazon soils / Este trabalho de tese avaliou o efeito do desmatamento sobre redes artificiais de associação entre grupos taxonômicos de Bacteria e fatores abióticos do solo e redes baseadas em funções bacterianas e fatores abióticos do solo, e utilizou técnicas moleculares e abordagem dependente de cultivo para compreender a dinâmica da comunidade de Acidobacteria em solos da floresta Amazônica convertidos em áreas agrícolas para produção de soja. Para estudo das comunidades bacterianas foram utilizadas tecnologias de sequenciamento de nova geração (plataformas 454 GS FLX Titanium da Roche e Illumina HiSeq 2000), PCR quantitativo em tempo-real, método de fingerprinting e procedimentos tradicionais para cultivo de bactérias. O objetivo geral desta tese foi alcançado com o desenvolvimento de três diferentes estudos. O Estudo 1 considerou aproximadamente 425 mil sequências do gene 16S rRNA de Bacteria e 266 milhões de sequências de DNA bacteriano obtidas por análise metagenômica a partir de solos coletados em três réplicas verdadeiras de floresta intacta na Amazônia e área desmatada adjacente após corte e queima da cobertura vegetal. Com isso, este estudo mostrou que o desmatamento declina a abundância e altera a estrutura de comunidade de Verrucomicrobia no solo e simplifica as redes artificiais de associação entre diferentes grupos bacterianos. A rede artificial de associação entre categorias funcionais e fatores de solo revelou-se mais complexa em solos desmatados, indicando um alto grau de dispersão de risco para a manutenção do funcionamento do solo. Por sua vez, o Estudo 2 correlacionou a abundância de subgrupos de Acidobacteria - com base em aproximadamente 33 mil sequências do gene 16S rRNA de Acidobacteria - com fatores abióticos do solo, e mostrou que subgrupos de Acidobacteria respondem diferentemente aos efeitos do manejo agrícola de solos da floresta Amazônica dentro de áreas de produção de soja. Este estudo abriu possibilidades de explorar subgrupos de Acidobacteria como bio-indicadores dos efeitos do manejo agrícola do solo na região da Amazônia. Por fim, o Estudo 3 reportou a culturabilidade e detecção molecular de Acidobacteria subgrupos 1 e 3 e outros grupos bacterianos presentes em solos Amazônicos em meio de cultura enriquecido com carbono e incubado sob atmosfera hipóxica (2% O2 [vol/vol], 2% CO2 [vol/vol] e 96% N2 [vol/vol]), atestando, assim, a combinação de procedimentos tradicionais de cultivo e técnicas moleculares para a recuperação e detecção de Acidobacteria de solos da Amazônia

O boom do consumo e da produção de quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) é um fenômeno recente que representa a transição de um cultivo andino negligenciado e subutilizado durante séculos para um supercultivo moderno do século XXI, dado o seu aporte nutricional. Nesse sentido, a presente tese apresenta e discute questões que o boom da quinoa suscita acerca das tendências das mudanças no uso da terra no Peru ― país que se tornou o maior produtor e exportador mundial do produto a partir de 2014. Para o desenvolvimento da pesquisa realizaram-se dois estudos. O primeiro deles objetivou analisar a dinâmica da expansão do cultivo de quinoa e identificar as mudanças no uso da terra resultantes do boom da quinoa, assim como determinar se tais mudanças ameaçam a agrobiodiversidade na principal região produtora de quinoa: Puno. O segundo estudo buscou calcular o impacto do boom da quinoa na expansão do seu cultivo, em termos de área ocupada, além de discutir os mecanismos pelos quais a expansão da demanda internacional por este produto ocasiona mudanças no uso da terra no Peru. Ambos os estudos se basearam em dados disponibilizados por entidades e órgãos oficiais do Peru, os quais foram coletados separadamente para as 18 regiões produtoras de quinoa, no período de 1995-2014. Para a análise dos dados, construíram-se mapas temáticos com as variáveis: área cultivada e variação porcentual anual de área cultivada. Também foram utilizadas as seguintes técnicas estatísticas: estatística descritiva, Análise de Componentes Principais (PCA) e exponential smoothing. Os resultados evidenciaram que o boom da quinoa no Peru começou em 2009, sendo que, a partir desse ano, a configuração da área cultivada com quinoa foi alterada drasticamente. Já no ano de 2014, inicia-se um período de expansão sem precedentes na história de sua produção. Cabe destacar, nesse sentido, que se o boom da quinoa não tivesse ocorrido, no ano de 2014 teria sido cultivada uma área 43% menor de quinoa do que foi efetivamente observado. A partir disso, foram constatados três fenômenos: (i) a evolução de uma nova geografia da produção de quinoa; (ii) a redução do uso de práticas agrícolas tradicionais (p.ex.: rotação de cultivos, descanso do solo) decorrente da intensificação da produção de quinoa; e (iii) a tendência de competição pelo uso da terra para produção de cultivos Andinos na região Puno (cañigua, mashua, oca e tarhui). Dessa forma, a expansão do mercado internacional de quinoa a partir de 2008 já começa a revelar suas consequências sobre as mudanças no uso da terra no Peru: (i) efeito de deslocamento (migração de atividades de um lugar para outro de uma maneira a ocasionar mudanças no uso da terra em novas localidades), (ii) efeito rebote (mudanças no uso da terra com as medidas adotadas para incrementar a eficiência da produção e aumento do número de empresas atuando no setor), e (iii) efeito cascata (perturbações que afetam o sistema terrestre em decorrência da substituição de áreas destinadas à produção de outros cultivos em condições agroecológicas específicas). Ao trazer uma perspectiva sobre a relação entre a intensificação do comércio internacional da quinoa e a expansão de terra cultivada no Peru, este trabalho contribui para a literatura, ainda em construção, sobre consequências das mudanças no uso da terra na sustentabilidade dos sistemas agrobiológicos. / The boom in consumption and production of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) is a recent phenomenon that represents the transition from a neglected and underutilized Andean crop for centuries to a modern supercrop of the 21st century due to its exceptional nutritional value. In this context, the present thesis presents and discusses issues raised as a resut of the quinoa boom regarding trends in land-use change in Peru, which, as from 2014, has become the world’s largest producer of quinoa. Therefore, two studies were carried out. The first study aimed to analyze the dynamics of the expansion of quinoa cultivation and to identify land use changes resulting from the quinoa boom, as well as to determine whether such changes threaten agrobiodiversity in the major quinoa producing region: Puno. The second study aimed to calculate the impact of the quinoa boom on the expansion of quinoa production in terms of cultivated area, and to discuss the mechanisms by which the growing international demand for this product causes land use changes in Peru. Both studies are based on data available from official sources. Data were collected separately for the quinoa producing regions, 18 in total. It covers the period from 1995 to 2014. Data were analyzed using thematic maps with the following variables: harvested area and annual variation in the percentage of harvested area. There were also used the following statistical techniques: descriptive statistics, Principal Component Analysis (PCA) and exponential smoothing. The findings showed that the quinoa boom in Peru began in 2009. From this year, the configuration of the area cultivated with quinoa has changed drastically, but the year 2014 marked the beginning of an unprecedented period in the history of the production of this crop. In this regard, it should be noted that if it had not occurred the quinoa boom, the area cultivated with quinoa in 2014 would have been 43% less than the observed quantity. From this, it was found three phenomena: (i) the evolution of the new geography of quinoa production in Peru; (ii) the diminished use of traditional farming practices (eg.: crop rotation with rest for the soil) due to the intensification of quinoa production; and (iii) the trend towards increased land use competition for Andean crop production in the Puno region (cañigua, mashua, oca e tarhui). Thus, the growing international quinoa trade since 2008 has started to reveal the consequences of land use changes in Peru: (i) displacement effect (migration of activities from one place to another, causing land use changes in new locations); (ii) rebound effect (land use changes in response to the measures introduced to improve production efficiency and the increase in the number of companies operating in the sector); and (iii) cascade effect (disorders that affect the land system as a result of the substitution of land area used to produce other crops in specific agro-ecological conditions). With the perspective on the link between the intensification of international trade of quinoa and the expansion of cultivated land in Peru, this study contributes to the literature by providing insights into the consequences of land use changes on the sustainability of agrobiological systems.

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In the first chapter of this thesis, we discussed opportunities and challenges arising from the use of ES as a strategy to conserve biodiversity. We also presented ways to build an ES approach more aligned with conservation interests. We highlighted that ES and biodiversity should be seen as complementary strategies to foster conservation. In the second chapter, we assessed the effectiveness of protected areas and indigenous lands in representing ES and biodiversity in the Brazilian Cerrado. We mapped six ES (i.e. water yield, sediment retention, nutrient retention, carbon storage, net primary productivity and wild food provision) and the distribution of threatened vertebrate and plant species. We found that most reserves were not effective to capture ES and biodiversity in the Cerrado. In addition, most effective reserves were suitable for safeguarding just one out of six ES. In the third chapter, we evaluated the impact of postponing conservation actions to safeguard ES in the Cerrado. We used land use maps for the present, 2025 and 2050 and modeled the provision of the six aforementioned ES for these three time steps. We identified priority areas for safeguarding ES in the present and future and evaluated changes in basic properties of those priority areas. We found that land use changes will impact ES provision over time. Moreover, priority areas identified for the future will encompass greater amounts of altered environments when compared to priority areas defined right now. As a consequence, postponing conservation actions will increase conflicts between the implementation of conservation actions and human activities. Our study is the first to provide spatially explicit information on multiple ES in the Cerrado. We hope our results might guide policies aiming to establish an effective conservation plan focused on ES in the region. / O conceito de serviços ecossistêmicos (SE) tem atraído grande interesse científico e político nos últimos anos. Embora este conceito tenha influenciado o discurso conservacionista, ainda é pouco compreendido se abordagens baseadas em SE também são úteis para lidar com as necessidades para conservar a biodiversidade. Além disso, ainda são necessários mais esforços para integrar SE na tomada de decisão. Para desenvolver estratégias de conservação de SE em uma região, é importante compreender a efetividade de estratégias de conservação já estabelecidas nesta região e como elas protegem os SE. Essa compreensão permite o desenvolvimento de planos de conservação futuros e de suas ações. No primeiro capítulo dessa tese, discutimos oportunidades e desafios derivados do uso de SE como uma estratégia para conservar a biodiversidade. Também apresentamos formas para que abordagens baseadas em SE sejam mais alinhadas com interesses conservacionistas. Destacamos que SE e biodiversidade devem ser vistos como estratégias complementares para incentivar a conservação. No segundo capítulo, avaliamos a efetividade das unidades de conservação e terras indígenas em representar SE e biodiversidade no Cerrado, Brasil. Mapeamos seis SE (i.e. produção de água, retenção de sedimentos, retenção de nutrientes, estocagem de carbono, produtividade primária líquida e provisão de alimentos silvestres) e a distribuição de espécies ameaçadas de vertebrados e plantas. Encontramos que a maioria das reservas não é efetiva para capturar SE e biodiversidade do Cerrado. Ainda, a maioria das reservas efetivas foi adequada em proteger apenas um dos seis SE. No terceiro capítulo, avaliamos o impacto de adiar ações de conservação para proteger SE no Cerrado. Geramos mapas de uso do solo para o presente, 2025 e 2050 e modelamos a provisão dos seis SE para os três períodos. Identificamos áreas prioritárias para proteger SE no presente e no futuro e avaliamos mudanças nas propriedades básicas dessas áreas prioritárias. Encontramos que as mudanças no uso do solo afetarão a provisão de SE ao longo do tempo. Além disso, as áreas prioritárias identificadas no futuro incluirão maior quantidade de ambientes alterados quando comparadas a áreas prioritárias definidas no presente. Como consequência, adiar ações de conservação aumentará os conflitos entre conservação e atividades humanas. Nosso estudo é o primeiro a fornecer informações espacialmente explícitas de múltiplos SE no Cerrado. Esperamos que nossos resultados possam orientar políticas visando estabelecer um plano de conservação efetivo para SE no Cerrado.