Orientador: Eduardo Alves de Almeida / Resumo: O Estado de São Paulo é responsável pela produção da metade da cana-de-açúcar no Brasil, e segue crescendo, sendo esse cultivo um dos principais responsáveis pelo desmatamento no interior do estado. A atual expansão da cana-de-açúcar está ocorrendo principalmente sob áreas de cultivos anuais e pastagens de pecuária extensiva. Embora possa parecer positivo, essa conversão de pastagens supõe um grande impacto sobre as poças de água construídas como bebedouros para o gado, as quais abrangem altas proporções de biodiversidade a sua vez. Nesse cenário, os anfíbios são especialmente vulneráveis, uma vez que a grande maioria das espécies de anuros, registrados no interior do estado, se reproduz nestas poças que estão sendo transformadas ou mesmo desaparecendo. Além disso, o cultivo intensivo de cana-de-açúcar exige o uso de agrotóxicos que devido as fortes precipitações sazonais provocam escoamento superficial a estes leitos aquáticos e sua subsequente contaminação por misturas complexas de pesticidas. Nesta dissertação de doutorado são apresentados os resultados de um estudo sobre os impactos ecológicos e ecotoxicológicos em girinos de diferentes espécies de anuros que habitam poças temporárias anexas aos cultivos de cana-de-açúcar. O estudo foi realizado na área agrícola circundante da cidade de São José do Rio Preto, uma das principais áreas de produção de cana-de-açúcar no noroeste paulista. A vegetação nativa dessa região tem sido continuamente desmatada desde o século XIX, e n... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: São Paulo state cultivates half of the sugarcane in Brazil, being this culture among the main responsible for deforestation in the inland of the state. Current expansion of sugarcane is taking place mostly over annual croplands and extensive cattle ranching pastures. Although it may seem positive, this pasture conversion supposes a major impact on cattle ponds which support high proportions of biodiversity. In this scenario, amphibian populations are especially vulnerable since the vast majority of the anurans registered in the inland of the state breed in cattle ponds which are been transformed or even disappearing. In addition, intensive sugarcane culture demands the usage of pesticides which can enter ponds when heavy precipitation events cause surface run-off. Consequently, complex mixtures of pesticides occur in ponds near to cultures. In this doctoral dissertation are presented the results of a study of the ecological and ecotoxicological impacts on tadpoles of anurans species inhabiting temporary breeding ponds annex to sugarcane cultures. The study was conducted in the surrounding sugarcane-dominated agricultural area of the city of São José do Rio Preto, which stands out as an appropriate place for the research purpose, since it is part of São José do Rio Preto macro region, in the northwestern of São Paulo state, one of the major sugarcane production areas in Brazil, its native vegetation has been intensely deforested since the 19th century, in the last decades has ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Em um cenário de mudanças climáticas globais, o Brasil enfrenta o desafio de alcançar o desenvolvimento econômico dentro de padrões de baixas emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE). Neste sentido, a redução e manutenção de baixas taxas de desmatamento são fundamentais, já que as mudanças de uso do solo configuram-se como fonte expressiva de emissões de GEE do Brasil. Um importante passo para que isso seja alcançado é o entendimento dos fatores que levaram à significativa redução da taxa de desmatamento na Amazônia Legal, observada entre 2005 e 2013. As complexas dinâmicas de uso do solo em tal região são não lineares, e são diferenciadas temporal e espacialmente. Atualmente, os 5 maiores vetores de desmatamento na Amazônia Legal são a produção de soja, a criação de gado, a exploração madeireira, a expansão de obras de infraestrutura e a especulação fundiária. O presente estudo analisou os fatores responsáveis pela diminuição das taxas de desmatamento observada na região entre 2005 e 2013. A metodologia utilizada para o desenvolvimento do estudo foi a coleta e análise de dados primários (realização de entrevistas) e dados secundários (revisão de literatura e compilação de dados estatísticos existentes). A partir da análise do material coletado, concluiu-se que a redução do desmatamento no período analisado ocorreu através de uma sinergia de fatores políticos, econômicos e culturais. Os fatores basais para tal redução foram: (i) a ausência de incentivos para desmatar grandes áreas devido a baixos preços de commodities de soja e carne de boi e taxas cambiais desfavoráveis entre 2005 e 2007; (ii) a promulgação do Decreto 6321/07 e da Resolução 3545/08 do Banco Central, quando do aumento dos preços das commodities de soja e carne de boi; (iii) a criação e expansão de áreas protegidas no âmbito do PPCDAm; e (iv) o aprimoramento do monitoramento e das medidas de fiscalização na região a partir da utilização de dados gerados pelo Sistema DETER, também no âmbito do PPCDAm. Como fatores secundários para a redução de desmatamento citam-se os elementos de mercado e cultural, com a instituição das Moratórias da Carne e da Soja. Em anos anomalamente secos, não foi verificado aumento de desmatamento, mas em anos secos o aumento do número de focos de incêndios florestais é significativo. O combate à ilegalidade no setor madeireiro e aos incêndios florestais, a longo prazo, deve ser aprimorado. A sinergia que levou à redução das taxas de desmatamento pode vir a se exaurir devido a diversas pressões, como aumento na demanda por commodities e obras de infraestrutura como rodovias, hidrovias e portos; fragilidade da implementação da legislação ambiental; desenvolvimento de novas atividades econômicas, como produção de óleo de palma; fragilidade das salvaguardas ambientais dos projetos de desenvolvimento da região; e a ausência de políticas socioambientais voltadas aos assentamentos de reforma agrária. Assim, recomenda-se que sejam fortalecidos os mecanismos já existentes de combate ao desmatamento e à degradação florestal e que novos mecanismos sejam criados para que se alcance a manutenção de baixas taxas de desmatamento na Amazônia Legal. / Land use dynamics in the Brazilian Amazon are complex, non-linear and temporally and spatially dissimilar. Divergences arise from the debate concerning which factors led to the recent decline in deforestation in the region. Hence, the present study aimed to shed light on the synergy that led to the reduction of deforestation rates in the Brazilian Amazon from 2005 to 2013. The methodology employed consisted of collecting and analysing primary data (interviews) and secondary data (literature review and compilation of existing statistical data). The results indicate that the basal factors for the decline in deforestation were: (i) the absence of incentives for deforesting large areas due to low beef and soy commodities prices from 2005 to 2007; (ii) the promulgation of the Decree 6321/07 and of the Central Bank Resolution 3545/08; (iii) the creation and expansion of existing protected areas; and (iv) the improvement of monitoring and surveillance practices in the region through the use of data generated by the Detection of Deforestation in Real Time (DETER) system. The secondary factors were market-oriented and cultural elements, associated with the launch of the Soy Moratorium, the Beef Moratorium and the embargo of farms were illegal deforestation was detected. Climate variables have not exerted influences in deforestation rates, but in anomalously dry years forest fire numbers increase significantly. The synergy that resulted in lower deforestation rates might be exhausted in future scenarios by a myriad of elements, such as the increased demand for commodities; the paving of new roads and construction of ports; the fragility of the implementation of environmental legislations; the development of new economic activities in the region; and the absence of socioenvironmental politics aimed at land reform settlements. Thus, it is recommended that the existing successful mechanisms to fight deforestation are improved, and new ones are created so that it is possible to maintain low deforestation rates in the Brazilian Amazon.

This study evaluates the land use changes and forests in Brazil, focusing on deforestation and its greenhouse gas emissions (GHG). More specifically, it analyses: (i) how the specialized literature integrates land-use changes to GHG emissions into a computable general equilibrium (CGE) framework; and (ii) the economic impacts of halting the deforestation. For this purpose, this study was divided into three independent essays. The first essay is theoretical, and evaluates the state of the art of the integration between land-use change and GHG emissions into CGE models. The second essay, is an empirical study about the economic impacts of zero deforestation in the Amazon Biome. The third essay, evaluates the implication of productivity gains in agriculture on land allocation, GHG emissions and the Brazilian economy. The results highlight the difficulties to integrate land use to its GHG emissions, as well as the effectiveness of the deforestation control in the Amazon to reduce national emissions, although it imposes losses to the economy and boosts regional inequalities. Finally, productivity gains in agriculture in turn, also may reduce the domestic emissions, but with no adverse impacts on the economy. However, such effects are limited, as they expire with the productivity gains. / Este trabalho analisa as mudanças do uso da terra e florestas no Brasil, com ênfase no desmatamento e nas emissões de gases de efeito estufa (GEE). Mais especificamente, avaliam-se: (i) como a literatura especializada realiza a integração entre as mudanças do uso da terra e emissões de GEE no arcabouço dos modelos de equilíbrio geral computável (EGC); (ii) os principais impactos em termos econômicos e de emissões, de políticas de redução do desmatamento. Para isso, esta tese foi dividida em três ensaios independentes. O primeiro ensaio, de caráter teórico, avalia as principais contribuições para a integração das mudanças do uso da terra às emissões de gases de efeito estufa em modelos EGC. O segundo ensaio, é um estudo empírico sobre os impactos econômicos do desmatamento zero no Bioma Amazônia. O terceiro ensaio, analisa as implicações de ganhos de produtividade na agropecuária sobre a alocação de terras, emissões de GEE e economia brasileira. Os principais resultados evidenciam as dificuldades para a integração das mudanças do uso da terra às emissões de GEE, bem como a efetividade do controle do desmatamento na Amazônia em reduzir as emissões nacionais, apesar de impor perdas à economia e intensificar as desigualdades regionais. Já os ganhos de produtividade na agropecuária, também reduziram as emissões domésticas, mas, sem impactar negativamente a economia. Porém, tais efeitos são limitados, uma vez que expiram com os ganhos de produtividade.

Tropical ecosystems are some of the most diverse and productive ecosystems on the planet. These ecosystems are also some of the most threatened worldwide and this is largely driven by agricultural expansion. Predicting biotic responses to such forms of environmental change is a challenge that requires an increased understanding of the factors structuring these communities in both pristine environments as well as environments that are undergoing environmental change. Studying patterns in the spatial structure of communities can provide important insights into ecological and evolutionary processes structuring communities. Combining such approaches with analyses of the distribution of activity and the genomic content of communities can help us better understand relationships between community structure and function. I explore the topics of microbial spatial scaling, activity, and gene content in both pristine tropical rainforest environments as well as tropical regions undergoing agricultural conversion. I first pose a fundamental question in microbial spatial ecology, i.e. why do microorganisms tend to show weaker spatial patterns than macro-organisms? I show that trees and soil microorganisms differ in the rates at which their communities change over space. I test the hypothesis that low rates of spatial turnover in microbial communities are an artifact of how we assess the community structure of microbial communities and show that sampling extent is likely the main driver of these differences. Next, I examine a Central Africa ecosystem that is undergoing conversion to agriculture. I show that there are numerous indications of biotic homogenization in these soil microbial communities and that the active fraction of the community shows a more pronounced response to environmental change. Finally, I examine two microbial processes in the Amazon Basin that have been reported to change following conversion to agriculture: methane production and methane consumption. I investigate changes to the genes and taxa involved in these processes and propose a new conceptual framework for how these processes might be changing. Work in this thesis contributes to a broader understanding of the spatial and functional ecology of tropical microorganisms and offers perspectives useful for those interested in predicting and mitigating the impacts of environmental change on these communities. / 2019-02-17

Compreender o que impulsiona, catalisa ou impede a mudança de uso da terra na fronteira agrícola brasileira é uma condição para o desenho efetivo de políticas locais, o que por sua vez pode ter implicações para a produção de alimentos, a conservação ambiental e as emissões de gases de efeito estufa em todo o mundo. Analisou-se o processo de expansão agrícola em Mato Grosso, o maior produtor agrícola do País, mapeando e quantificando a incorporação de novas áreas de cultivo e a conversão das existentes em campos mecanizados de soja no nível de fazenda. Através de modelagem estatística, também se investigou a influência de variáveis econômicas, agronômicas e logísticas fundamentais nesse processo, considerando as recentes mudanças na legislação ambiental brasileira. Constatou-se que a área convertida para a produção de soja aumentou quase 1,5 milhão de hectares entre 2009 e 2013, porém mais de 70% ocorreram em fazendas que já possuíam soja em anos anteriores. Comparando o poder explicativo de oito modelos de regressão envolvendo diferentes grupos de variáveis, verificou-se que a expansão da soja está fortemente associada à própria presença de soja, bem como de armazéns dentro da distância de 50 a 100 quilômetros. De acordo com o modelo com os melhores resultados, a ampliação da soja também tem probabilidade de ocorrer em áreas de alto valor de conservação natural. Finalmente, a sensibilidade da expansão da soja aos preços correntes do período indicou que ainda há um grande potencial de crescimento agrícola em Mato Grosso, aumentando a importância estratégica de investimentos logísticos inteligentes que promovam o desenvolvimento regional aliado à proteção ambiental. / Understanding what drives, catalyzes or constraints land use change in the Brazilian agricultural frontier is a condition for effective policy design at the local level, which in turn might have implications for food production, environmental conservation and GHG emissions worldwide. We analyzed the process of agricultural expansion in the state of Mato Grosso, the country’s largest agricultural producer, by mapping and quantifying the incorporation of new farming areas and the conversion of existing ones into mechanized soybean fields at the farm-level. Through statistical modeling, we also investigated the influence of key economic, biophysical, environmental and logistics variables on this process while accounting for recent changes in the Brazilian environmental legislation. We found that the area converted to soybean production increased almost 1,5 million hectares between 2009 and 2013, but more than 70% of which in farms that already had some soybean in previous years. By comparing the explanatory power of eight regression models involving different groups of variables, we found that soy expansion is strongly associated with the presence of soybean fields and warehouses within a distance between 50 and 100 kilometers. According to the model with the largest explanatory results, soy expansion is likely to occur also in areas of high conservation value. Finally, the sensitivity of soy expansion to soy prices indicated the potential for further agricultural growth in Mato Grosso while highlighting how crucial smart logistics investments that promote regional development combined with environmental protection.

O cultivo de cana-de-açúcar possui grande importância econômica, e está se expandindo principalmente para a região de Cerrado no Centro-Oeste brasileiro. Com o objetivo de entender a influência do cultivo e manejo da cana-de-açúcar nos atributos químicos, físicos e biológicos do solo de Cerrado, foram estudadas uma área com cana sem queima, uma área de cana com queima e um fragmento de vegetação nativa, no município de Porteirão, GO (17° 55\' 35\" S 50° 08\' 36\" O). A estrutura da comunidade bacteriana total (rDNA 16s) e funcional (microrganismos nitrificantes e desnitrificantes) do solo, assim como os diversos fatores físico-químicos foram analisados. Ocorreram alterações significativas em diversos atributos. Os manejos com queima e sem queima sofreram modificações distintas, resultando em áreas com características bem diferentes entre si. As principais alterações observadas, em pelo menos um dos tratamentos, foram relacionadas com os seguintes atributos do solo: aumento de densidade e temperatura, redução da agregação, teores e estoques de C e N, enriquecimento dos valores de 13C e 15N, redução do potencial de desnitrificação, mudanças qualitativas e quantitativas no teor de N mineral e nas taxas líquidas de mineralização e nitrificação do N. Os fluxos de gases sofreram poucas modificações em nível de tratamento, sendo os fluxos de CH4 e N2O muito baixos nas áreas estudadas. Ocorreram significativas mudanças na estrutura das comunidades de bactérias totais, nitrificantes e desnitrificantes, mas os grupos responderam de formas diferentes às mudanças ocorridas no solo. Os fatores físico-químicos em conjunto, especialmente aqueles relacionados à agregação do solo, mineralogia, fertilidade e temperatura, direcionaram as mudanças na estrutura da comunidade bacteriana total do solo. Porém as mudanças na estrutura dos grupos funcionais, não se explicaram somente por esse padrão, e mostraram a importância da interação biológica na estruturação das comunidades. Os fluxos dos gases provenientes do solo, o potencial de desnitrificação e a ciclagem de C e N de uma forma geral, correlacionaram com as mudanças nas comunidades de bactérias totais e/ou funcionais, mostrando influência da microbiota nesses fatores. Já as taxas líquidas de mineralização e nitrificação do N do solo não correlacionaram, sugerindo uma maior influência de outros fatores. / The sugarcane crop plays an important role on Brazilian economy, and is passing through an expansion process concentrated mainly on the Cerrado (savannah) biome (Middle West region of Brazil). In order to understand the influence of sugarcane cultivation and management on soil chemical, physical and biological properties, we studied two sugarcane areas, with (burnt cane) and without burning before harvest (green cane), and a fragment with native vegetation located at the municipality of Porteirão (Goias state, Brazil) (17 ° 55 \'35 S \"N 50 ° 08\' 36\" W). We analyzed the structure of total (16S rDNA) and functional (nitrifying and denitrifying microorganisms) soil bacterial community, as well as some physical and chemical factors. Significant changes were observed in several attributes. The management with and without burning responded differently to soil changes, resulting on areas with distinct properties. The changes observed in at least one of the treatments were mainly related to the following soil properties: density and temperature increase, reduction of aggregation, C and N levels, enrichment of 13C and 15N values, denitrification potential reduction, qualitative and quantitative changes in mineral N content and on net mineralization and net nitrification of N. Soil greenhouse gases flows have undergone little change in level of treatment, and the flow of CH4 and N2O where very low in studied areas. There were significant changes on structure of total, nitrifying and denitrifying bacteria community, but the groups responded differently to soil changes. The direction of changes in total soil bacterial community structure where given by the interaction of physical-chemical factors together, especially those related to soil aggregation, mineralogy, fertility and temperature. But changes in the structure of functional groups, were not explained only by that standard, and showed great importance of biological interactions on community structure. The flow of greenhouse gases from the soil, the denitrification potential and cycling of C and N in general, correlated with changes in total and/or functional bacterial communities, showing the influence of the microorganisms in these factors. However, the net rates of mineralization and nitrification of soil N did not correlate, suggesting that others factors were involved.

Em um cenário de mudanças climáticas globais, o Brasil enfrenta o desafio de alcançar o desenvolvimento econômico dentro de padrões de baixas emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE). Neste sentido, a redução e manutenção de baixas taxas de desmatamento são fundamentais, já que as mudanças de uso do solo configuram-se como fonte expressiva de emissões de GEE do Brasil. Um importante passo para que isso seja alcançado é o entendimento dos fatores que levaram à significativa redução da taxa de desmatamento na Amazônia Legal, observada entre 2005 e 2013. As complexas dinâmicas de uso do solo em tal região são não lineares, e são diferenciadas temporal e espacialmente. Atualmente, os 5 maiores vetores de desmatamento na Amazônia Legal são a produção de soja, a criação de gado, a exploração madeireira, a expansão de obras de infraestrutura e a especulação fundiária. O presente estudo analisou os fatores responsáveis pela diminuição das taxas de desmatamento observada na região entre 2005 e 2013. A metodologia utilizada para o desenvolvimento do estudo foi a coleta e análise de dados primários (realização de entrevistas) e dados secundários (revisão de literatura e compilação de dados estatísticos existentes). A partir da análise do material coletado, concluiu-se que a redução do desmatamento no período analisado ocorreu através de uma sinergia de fatores políticos, econômicos e culturais. Os fatores basais para tal redução foram: (i) a ausência de incentivos para desmatar grandes áreas devido a baixos preços de commodities de soja e carne de boi e taxas cambiais desfavoráveis entre 2005 e 2007; (ii) a promulgação do Decreto 6321/07 e da Resolução 3545/08 do Banco Central, quando do aumento dos preços das commodities de soja e carne de boi; (iii) a criação e expansão de áreas protegidas no âmbito do PPCDAm; e (iv) o aprimoramento do monitoramento e das medidas de fiscalização na região a partir da utilização de dados gerados pelo Sistema DETER, também no âmbito do PPCDAm. Como fatores secundários para a redução de desmatamento citam-se os elementos de mercado e cultural, com a instituição das Moratórias da Carne e da Soja. Em anos anomalamente secos, não foi verificado aumento de desmatamento, mas em anos secos o aumento do número de focos de incêndios florestais é significativo. O combate à ilegalidade no setor madeireiro e aos incêndios florestais, a longo prazo, deve ser aprimorado. A sinergia que levou à redução das taxas de desmatamento pode vir a se exaurir devido a diversas pressões, como aumento na demanda por commodities e obras de infraestrutura como rodovias, hidrovias e portos; fragilidade da implementação da legislação ambiental; desenvolvimento de novas atividades econômicas, como produção de óleo de palma; fragilidade das salvaguardas ambientais dos projetos de desenvolvimento da região; e a ausência de políticas socioambientais voltadas aos assentamentos de reforma agrária. Assim, recomenda-se que sejam fortalecidos os mecanismos já existentes de combate ao desmatamento e à degradação florestal e que novos mecanismos sejam criados para que se alcance a manutenção de baixas taxas de desmatamento na Amazônia Legal. / Land use dynamics in the Brazilian Amazon are complex, non-linear and temporally and spatially dissimilar. Divergences arise from the debate concerning which factors led to the recent decline in deforestation in the region. Hence, the present study aimed to shed light on the synergy that led to the reduction of deforestation rates in the Brazilian Amazon from 2005 to 2013. The methodology employed consisted of collecting and analysing primary data (interviews) and secondary data (literature review and compilation of existing statistical data). The results indicate that the basal factors for the decline in deforestation were: (i) the absence of incentives for deforesting large areas due to low beef and soy commodities prices from 2005 to 2007; (ii) the promulgation of the Decree 6321/07 and of the Central Bank Resolution 3545/08; (iii) the creation and expansion of existing protected areas; and (iv) the improvement of monitoring and surveillance practices in the region through the use of data generated by the Detection of Deforestation in Real Time (DETER) system. The secondary factors were market-oriented and cultural elements, associated with the launch of the Soy Moratorium, the Beef Moratorium and the embargo of farms were illegal deforestation was detected. Climate variables have not exerted influences in deforestation rates, but in anomalously dry years forest fire numbers increase significantly. The synergy that resulted in lower deforestation rates might be exhausted in future scenarios by a myriad of elements, such as the increased demand for commodities; the paving of new roads and construction of ports; the fragility of the implementation of environmental legislations; the development of new economic activities in the region; and the absence of socioenvironmental politics aimed at land reform settlements. Thus, it is recommended that the existing successful mechanisms to fight deforestation are improved, and new ones are created so that it is possible to maintain low deforestation rates in the Brazilian Amazon.

O cultivo de cana-de-açúcar possui grande importância econômica, e está se expandindo principalmente para a região de Cerrado no Centro-Oeste brasileiro. Com o objetivo de entender a influência do cultivo e manejo da cana-de-açúcar nos atributos químicos, físicos e biológicos do solo de Cerrado, foram estudadas uma área com cana sem queima, uma área de cana com queima e um fragmento de vegetação nativa, no município de Porteirão, GO (17° 55\' 35\" S 50° 08\' 36\" O). A estrutura da comunidade bacteriana total (rDNA 16s) e funcional (microrganismos nitrificantes e desnitrificantes) do solo, assim como os diversos fatores físico-químicos foram analisados. Ocorreram alterações significativas em diversos atributos. Os manejos com queima e sem queima sofreram modificações distintas, resultando em áreas com características bem diferentes entre si. As principais alterações observadas, em pelo menos um dos tratamentos, foram relacionadas com os seguintes atributos do solo: aumento de densidade e temperatura, redução da agregação, teores e estoques de C e N, enriquecimento dos valores de 13C e 15N, redução do potencial de desnitrificação, mudanças qualitativas e quantitativas no teor de N mineral e nas taxas líquidas de mineralização e nitrificação do N. Os fluxos de gases sofreram poucas modificações em nível de tratamento, sendo os fluxos de CH4 e N2O muito baixos nas áreas estudadas. Ocorreram significativas mudanças na estrutura das comunidades de bactérias totais, nitrificantes e desnitrificantes, mas os grupos responderam de formas diferentes às mudanças ocorridas no solo. Os fatores físico-químicos em conjunto, especialmente aqueles relacionados à agregação do solo, mineralogia, fertilidade e temperatura, direcionaram as mudanças na estrutura da comunidade bacteriana total do solo. Porém as mudanças na estrutura dos grupos funcionais, não se explicaram somente por esse padrão, e mostraram a importância da interação biológica na estruturação das comunidades. Os fluxos dos gases provenientes do solo, o potencial de desnitrificação e a ciclagem de C e N de uma forma geral, correlacionaram com as mudanças nas comunidades de bactérias totais e/ou funcionais, mostrando influência da microbiota nesses fatores. Já as taxas líquidas de mineralização e nitrificação do N do solo não correlacionaram, sugerindo uma maior influência de outros fatores. / The sugarcane crop plays an important role on Brazilian economy, and is passing through an expansion process concentrated mainly on the Cerrado (savannah) biome (Middle West region of Brazil). In order to understand the influence of sugarcane cultivation and management on soil chemical, physical and biological properties, we studied two sugarcane areas, with (burnt cane) and without burning before harvest (green cane), and a fragment with native vegetation located at the municipality of Porteirão (Goias state, Brazil) (17 ° 55 \'35 S \"N 50 ° 08\' 36\" W). We analyzed the structure of total (16S rDNA) and functional (nitrifying and denitrifying microorganisms) soil bacterial community, as well as some physical and chemical factors. Significant changes were observed in several attributes. The management with and without burning responded differently to soil changes, resulting on areas with distinct properties. The changes observed in at least one of the treatments were mainly related to the following soil properties: density and temperature increase, reduction of aggregation, C and N levels, enrichment of 13C and 15N values, denitrification potential reduction, qualitative and quantitative changes in mineral N content and on net mineralization and net nitrification of N. Soil greenhouse gases flows have undergone little change in level of treatment, and the flow of CH4 and N2O where very low in studied areas. There were significant changes on structure of total, nitrifying and denitrifying bacteria community, but the groups responded differently to soil changes. The direction of changes in total soil bacterial community structure where given by the interaction of physical-chemical factors together, especially those related to soil aggregation, mineralogy, fertility and temperature. But changes in the structure of functional groups, were not explained only by that standard, and showed great importance of biological interactions on community structure. The flow of greenhouse gases from the soil, the denitrification potential and cycling of C and N in general, correlated with changes in total and/or functional bacterial communities, showing the influence of the microorganisms in these factors. However, the net rates of mineralization and nitrification of soil N did not correlate, suggesting that others factors were involved.

A Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was developed for the Iowa-Cedar River Basin (ICRB), a 32,660 km2 watershed dominated by agricultural land cover (∼70%) to simulate hydrology and water quality for the prediction of stream discharge, nitrate loads, and nitrate concentration under climate and land use change scenarios. Iowa exports as much as 20% of the nitrogen entering the Gulf of Mexico at the mouth of the Mississippi, contributing to Gulf hypoxia as well as local threats to water quality in the ICRB. The model utilized a combined autocalibration and sensitivity procedure incorporating Sequential Uncertainty Fitting (SUFI) and generalized additive models. This procedure resulted in Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) goodness-of-fit statistics that met literature guidelines for monthly mean stream discharge (NSE≥0.60) and daily nitrate load (NSE≥0.50). Artificial neural networks coupled with SWAT stream discharges aided in the simulation of daily mean nitrate concentrations that met the literature guideline (NSE≥0.50). The North American Regional Climate Change Assessment Program (NARCCAP) provided an ensemble of 11 climate change scenarios. NARCCAP is a multi-institutional effort to simulate climate change at the mesoscale by downscaling global circulation models (GCM) with regional climate models (RCM). The resulting GCM-RCM produced synthetic precipitation and temperature time-series that drove the SWAT simulations and scenarios. The land use scenarios were a collaboration with the U.S. Army Corps of Engineers, using a rule-based GIS method to generate scenarios that (1) maximized agricultural productivity, (2) improved water quality and reduced flooding, and (3) enhanced local biodiversity. The SWAT simulations and ensemble climate change scenarios resulted in a warmer and wetter climate with greater and more extreme discharge in all seasons except summer where the models indicate a somewhat higher probability of extreme low flows (p-value<0.05). The land use scenarios for SWAT showed that nitrate load and discharge positively and linearly scale with percent of agricultural land area (p-value<0.05).

Climate change, land use change and invasive species are transforming global biodiversity at multiple scales. Projections are for threats to biodiversity from these global changes to continue into the future, with varied and discernible distribution changes for many species. Concomitantly, these global changes will interact with each other to further exacerbate the problem, as exemplified in this study. In New Zealand, climate change is expected to affect landscapes, fragmented and disturbed by land use change, further increasing the potential invasibility of these landscapes for a suite of existing and emerging invasive species. This thesis is concerned with the combined effects of climate and land use changes on the spatial distribution of the sub-tropical invasive plant, Tradescantia fluminensis (Vell.). The contribution of this thesis is to undertake an integrated assessment of the distribution change for this species in New Zealand. On the basis that climatic variables affect species distribution at larger scales, while land use, habitat, disturbance and dispersal mechanisms affect distribution at smaller scales, two separate analyses were undertaken. At the national scale BioCLIM and the Ecological Niche Factor Analysis (ENFA) were implemented using the variables: minimum temperature (July-August), MTminJ-A, and annual water deficit (November-February). At the landscape scale, only ENFA was implemented, using the variables: MTminJ-A, ECOSAT riparian classes (habitat) and proximity to roads, urban areas and streams (disturbance and dispersal sources). Three scenarios of climate change (CCSR B1-Low, CSIRO9 A1B-Mid and HadCM A1FI-High) and two scenarios of land use change (SmartGrowth and Buildout) were developed to the year 2050, using the CLIMPACTS Open Framework Modelling System and Geographic Information Systems, GIS, techniques respectively. The baseline species distribution model was extrapolated in ENFA, using the 2050 scenarios. Changes to potential threat from this species to protected areas at the landscape level were assessed spatially at the landscape level. This approach and its results are novel for this species. At the national scale the results for the modelling show that climate change will increase the potential habitat suitability of Tradescantia under all combined scenarios of CCSR, CSIRO9 and HadCM for mean minimum temperature (July-August), MTminJ-A and Annual Water Deficit, AWD. At the case study landscape, in the Western Bay of Plenty and Tauranga also the modelling results showed that climate change and land use changes will increase the suitability for Tradescantia by 2050. The 'core' or highest suitability areas increase under all future scenarios. At the national level core suitability increased by about 13% for the CCSR:B1-Low and CSIRO9:A1B-Mid and 22% for HadCM:A1FI-High combined scenario on the North Island. On the South Island, core areas increased by a much lower margin - 1.4%, 2.3% and 2.9% for CCSR:B1-Low, CSIRO9:A1B-Mid and HadCM:A1FI-High combined scenarios respectively. At the landscape level core areas increased by 5%, 8% and 21% for the CCSR:B1-Low+SmartGrowth, Darlam:A1b-Mid+SmartGrwoth and HadCM:A1FI-High+Build-out combined scenarios, respectively. This is true also for the Protected areas within the case study landscape, and indicate that the increasing if Tradescantia is able to track both climate and land use change through its dispersal and migration within the landscape 9 primarily in the inland and upland direction), then is will pose a greater risk to native habitats than at present. Integrated assessments and the outputs they produce are essential to exploring anticipated changes (through scenario-building) and in understanding the change spatial context and magnitude of projected changes from the combined effects of climate and land use changes into the future and need to be integrated into biodiversity-biosecurity management at multiple scales.