Made available in DSpace on 2015-03-26T13:53:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 856512 bytes, checksum: 70874d4538e5ec458c06e19fe5160a9c (MD5) Previous issue date: 2009-02-19 / The Leguminosae plant family emcompasses plant species that are of great importance in agriculture owned to their capacity of fixing atmospheric nitrogen. Leguminous, as they are ordinarily known, have been commonly used as green manures, in consorciation either with grasses or annual or perennial crops, being key in the cycling of nutrients and adding organic matter to the soil. Provided these plants are able to fix large amounts of N and the later makes up a substantial portion of a crop fertilization budget, these plants can be used to partially or fully supply plants N demand. Relatively high amounts of N are required to sustain plant growth as it is one of the main plant constituents upon its presence in structural compounds, besides acting in a multitude of metabolic processes in plants. Around 95% of the soil N content is found in organic forms under different degrees of stability, thus having limited availability to plants. The extent to which N stability depends upon largely relies on the N reactions with lignin, on its adsorption with clay minerals, on the formation of polivalent complexes with cations as well as on the physical protection entailed by variations in soil pores sizes. The formation of more stable organic compounds in soils have been attributed to the N involvement in the humification process. Arachis pintoi, a leguminous species of the Caulorrhizae branch, has shown great potential for consorciation with grassy pasture and perennial cultures. It forms highly productive pastures, owns good nutritional value, combines with other grasses, is strongly perennial, drought resistant, forms dense mats, therefore with outstanding capacity to covering the ground. The CENARGEN/EMBRAPA gathers over 150 ecotipes of the Leguminosae family. Since 2004, 28 of this leguminous ecotipes out of the 150 held by CENARGEN/EMBRAPA have been evaluated for their adaptation to the edafo-climatic conditions of the Zona da Mata region of Minas Gerais state. The objective of this study was (i) to evaluate the partitioning of soil N into its mineral and organic forms and (ii) the changes in some representative pools of the soil organic matter (SOM) as by the recalcitrance of the SOM products formed upon the cultivation of pinto peanut over two cropping years. The experiment was set up in February of 2004 in an experimental station of the Federal University of Viçosa, in Coimbra, Minas Gerais state, Brazil, in a randomized block design with three replicates. The plots were 2.5 m wide and 4.0 m lenght. Phosphate fertilizer was applied at a 50 kg ha-1 rate as P2O5 followed by planting of pinto peanuts seedlings with 0.5 m spacing between rows. In November of 2006, soil samples were collected at the 0 to 5, 5 to 10, 10 to 20 and 20 to 30 cm depth. Additionally, soil samples from an adjacent unoccupied pasture were collected for reference purposes and, together, they were appropriately handled to serve routine analisys purposes. In the present study, it was choosen to use 11 ecotipes so that 4 ecotipes were rated as of high, 4 as of medium and 3 as of low yield. In the determination of total C (C) and K2Cr2O7 oxidizable C (Cox) and N (Nox) + H2SO4 in the concentrations of 0.1, 0.5, 1, 1.5, 3.0, 6.0, 9.0 mol L-1 it was utilized soil samples grounded to pass through a 0.2 mm screen sieve. In order to quantify the organic forms of N, soil subsamples of smaller granulometry, 0.149 mm, were employed. The 13C (δ13C) natural abundance of the plant and soil materials was determined to assess the contribution of the leguminous in the SOM. Nitrogen availability was evaluated via the N taken up by 130 proso millet (Panicum milaceum L.) plants grown in 100 g of soil, under greenhouse conditions and with three successive growth cycles of 21 days. Qualitative and quantitative changes in the SOM were observed upon the cultivation of the leguminous. About 3 and 4 % of the C in the SOM of the 10 to 30 cm soil layer derived from the ecotipes of A. pintoi. The leguminous ecotipes favored the increase of the N associated to more labile organic compounds pool. There were no significant changes in the organic N fractions distribution obtained through acid hydrolisys. / As leguminosas têm grande importância para os sistemas agrícolas devido à capacidade de fixação biológica de nitrogênio (FBN). São utilizadas como adubo verde, em consorciação com pastagens e com cultivos anuais ou perenes, onde contribuem para cobertura do solo. O N é exigido em grandes quantidades pelas plantas por ser constituinte de vários compostos estruturais e atuar em diversos processos metabólicos nas plantas. No solo cerca de 95 % do N encontra-se em forma orgânica com diferente grau de estabilidade, o que nem sempre possibilita uma adequada disponibilidade para as plantas. A maior estabilidade dos compostos orgânicos nitrogenados deve-se a reação da lignina com moléculas protéicas, a adsorção a minerais de argila, a formação de complexos com cátions polivalentes e a proteção física devido a poros do solo com diferentes tamanhos. Estudos têm demonstrado que o N desempenha um papel importante na formação de compostos orgânicos mais estáveis no solo (humificação). O Arachis pintoi e A. repens são leguminosas da seção Caulorrhizae com potencial para consorciação com gramíneas forrageiras e culturas perenes. Estas leguminosas são de alta produtividade, bom valor nutritivo, compatibilidade com gramíneas, persistência, grande capacidade de cobertura do solo. O CENARGEN/EMBRAPA reúne mais de 150 ecótipos desta espécie. Vinte oito destes ecótipos estão sendo avaliados desde 2004, quanto à adaptação às condições edafo-climáticas da zona da Mata de Minas Gerais. Utilizando-se amostras de solo desta área experimental avaliou-se o efeito de ecótipos A. pintoi de alta, média e baixa produtividade sobre a estabilidade da matéria orgânica do solo e na distribuição das formas orgânicas do N. O experimento para avaliar a adaptação edafo-climática dos 28 ecótipos de Arachis foi implantado na Fazenda Experimental de Coimbra, do DFT em fevereiro de 2004. As unidades experimentais foram parcelas de 2,5 x 4 m dispostas em um delineamento de blocos casualizados com três repetições. O plantio foi feito com mudas espaçadas de 50 cm, adubadas com 50 kg ha-1 P2O5 aplicados na cova. Em novembro de 2006 foram coletadas amostras de solo nas profundides de 0-5, 5-10, 10-20 e 20-30. Nas parcelas cultivadas com Arachis e em área próxima ao experimento (solo controle). Para este estudo foram utilizadas amostras das parcelas de 11 ecótipos, sendo quatro com alta, quatro com média e três com baixa produtividade. Foram utilizadas subamostras com granulometria menor que 0,149 mm para determinação das frações orgânicas de N. Em subamostras com granulometria inferior a 0,2 mm foram determinados o C orgânico total, o C e N oxidado (Nox) com K2Cr2O7 em solução com 0,1; 0,5; 1; 1,5; 3,0; 6,0 e 9,0 mol L-1 de H2SO4. Determinou-se a abundância natural de 13C (δ13C) no material vegetal dos 11 ecótipos e no solo. A disponiblidade do N foi avaliada por meio do N absorvido por 130 plantas de painço (Panicum milaceum L.) cultivadas em 100 g de solo, em casa de vegetação, em três ciclos sucessivos de 21 dias de crescimento. De maneira geral, o cultivo com a leguminosa promoveram alterações na MOS. Após dois anos de cultivo com as leguminosas ocorreu aumento nos teores de matéria orgânica e Ntotal do solo, sobretudo nas camadas subsuperficiais (10 a 30 cm). Com base na variação do δ13C nesta camada, cerca de 3 a 4 % do C na MOS são provenientes dos ecótipos de A. pintoi. Não ocorreram alterações significativas na distribuição das diferentes frações de N orgânico obtidas por hidrólise ácida. Houve aumento nos teores de N associado a compostos orgânicos mais lábeis.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The difficulty in producing forage to meet the needs of grazing ruminants is due to weather problems, especially in regions where there is scarcity of rain. Allied to this, the little knowledge evaluating forage grasses adapted to drought conditions as in northeastern Brazil. Therefore this study was performed to evaluate the productive potential of the grass White Band (Digitaria eriantha Steud. Cv. Survenola) when subjected to nitrogen fertilization levels. The experimental period of 365 days beginning on August 1, 2014 and ending on July 31, 2015. The experiment was conducted in the laboratory of forage practices in the area of the Department of Animal Science of the Federal University of Sergipe. The treatments consisted of five nitrogen rates (0, 50, 100, 300 and 600 kg ha-1 yr-1) distributed in installments in the experimental units, using urea as nitrogen fertilizer. The experimental design was a randomized block design with four replications, totaling twenty experimental units. Nitrogenous fertilizers were divided in ten applications, performed after each cut forage. Overall, the increase in the amount of nitrogen applied resulted in increased foliage heights, light interception (LI) and leaf area index (LAI) arising from the increase in population density of total tillers (DPT) and basal (DPB). Nitrogen fertilization influenced positively the total dry matter production rate (MST), leaf (MSF) and stem (MSC) due to increase in pitch height, LAI, DPT and DPB. As for the qualitative aspects the accumulation of total dry matter (AT), dry matter leaf (AF) dry matter stem (AC), total volumetric density and stem the increase in crude protein, accumulated crude protein and total digestible nutrients (NDT) accumulated were influenced by nitrogen doses adjusting to a positive quadratic equation (P <0.05). the improvement in morphological, productive and qualitative characteristics of grass range White reach maximum values with nitrogen levels around 450 kg ha-1. / A dificuldade em produzir forragem para atender as necessidades dos ruminantes em pastejo acontece devido a problemas climáticos, principalmente nas regiões onde há escassez de chuva. Aliado a isso, há pouco conhecimento avaliando gramíneas forrageiras adaptadas às condições de déficit hídrico como ocorre na região nordeste do Brasil. Diante disso realizou-se este estudo objetivando avaliar o potencial produtivo do capim Faixa Branca (Digitaria eriantha Steud. cv. Survenola) quando submetido a níveis de adubação nitrogenada. O período experimental teve duração de 365 dias com início em 01 de Agosto de 2014 e término em 31 de julho de 2015. O experimento foi realizado no laboratório de práticas forrageiras em área pertencente ao Departamento de Zootecnia da Universidade Federal de Sergipe. Os tratamentos constituíram-se de cinco doses de nitrogênio (0, 50, 100, 300 e 600 kg ha-1 ano-1) distribuídos de forma parcelada nas unidades experimentais, utilizando-se ureia como fertilizante nitrogenado. O delineamento experimental foi o de blocos casualizados, com quatro repetições, totalizando vinte unidades experimentais. As adubações nitrogenadas foram parceladas em dez aplicações, realizadas após cada corte da forragem. De maneira geral, a elevação na quantidade de nitrogênio aplicada resultou no incremento da altura do relvado, interceptação luminosa (IL) e índice de área foliar (IAF) decorrentes do incremento na densidade populacional de perfilhos totais (DPT) e basais (DPB). A adubação nitrogenada influenciou, positivamente, a taxa de produção de matéria seca total (MST), folha (MSF) e colmo (MSC) devido ao incremento na altura do relvado, IAF, DPT e DPB. Quanto aos aspectos qualitativos o acúmulo de matéria seca total (AT), matéria seca de folha (AF) matéria seca de colmo (AC), densidade volumétrica total e de colmo, o incremento no teor proteína bruta, proteína bruta acumulada e nutrientes digestíveis totais (NDT) acumulado foram influenciadas pelas doses de nitrogênio ajustando-se a uma equação quadrática positiva (P<0,05). A melhoria nas características morfológicas, produtivas e qualitativas do capim Faixa Branca atingem valores máximos com doses de nitrogênio em torno de 450 kg ha-1.

A expansão agrícola tem provocado modificações expressivas na dinâmica de nitrogênio (N) em sistemas tropicais. No Brasil, a expansão dos cultivos de soja é uma realidade e, portanto, investigações a cerca dos processos que controlam o ciclo de nitrogênio nestes sistemas são fundamentais. A fixação biológica de nitrogênio (FBN) por leguminosas pode promover aportes significativos de N nos sistemas agrícolas em solos tropicais, no entanto, o destino destes aportes e o balanço entre entradas e saídas de N não é completamente entendido. Este trabalho teve como objetivo investigar comparativamente a dinâmica de nitrogênio em cultivos de soja e floresta no estado de Mato Grosso, sudeste da Amazônia. Foram determinados o \'delta\'15N e %N do solo e da vegetação, estoques de N e C, N-NO3-, N-NH4+, bem como outras propriedades químicas e físicas do solo em áreas de floresta e em áreas submetidas a cultivos de soja ao longo de uma cronosequência (1, 2, 5 e 6 anos de cultivo). Foram realizadas estimativas de FBN (Fixação Biológica de Nitrogênio) em cultivos de soja utilizando a abundância natural de 15N sob condições de campo. A conversão das áreas de cultivo partiu de pastagem, sendo esta área utilizada como referência inicial quanto aos estoques de N e ao \'delta\'15N do solo. Foi observado um aumento significativo nos estoques de nitrogênio do solo (0 a 10cm) ao longo dos anos de cultivo de soja, estes no entanto, foram menores que os estoques encontrados na floresta. Os estoques de N no solo (0-10cm) variaram de 1230 kg N ha-1 na pastagem a 1370 kg N ha-1 nos cultivos mais antigos. O acúmulo anual de N pela soja foi de 158,6 kg N ha-1 nos cultivos mais antigos, do qual 79% foi derivado da FBN. Não foram encontradas diferenças significativas nas taxas de mineralização e nitrificação líquida entre as áreas, no entanto, altos valores de N-NO3- foram encontrados nas camadas mais profundas de solo em cultivos de soja. Apesar de não serem observadas diferenças significativas no \'delta\'15N do solo entre os cultivos, estes, no entanto, apresentaram valores de \'delta\'15N intermediários entre a pastagem e a floresta. Os resultados indicaram um padrão de acúmulo de nitrogênio ao longo da cronosequência de cultivos de soja, indicando um possível retorno gradual dos estoques de N e do sinal isotópico do solo que ocorriam na floresta antes da conversão para pastagem e cultivo de soja, este retorno, no entanto, não parece acontecer a médio-prazo / Agricultural expansion has greatly changed the nitrogen (N) dynamics in tropical systems. The expanding soybean frontier in Brazil is a reality, and investigations of the processes driving N dynamics in these systems are needed to minimize environmental impacts and to promote the sustainability of agricultural systems. Biological nitrogen fixation (BNF) by legumes can provide significant N inputs to crop systems on highly weathered tropical soils, although the fate of these inputs in the environment and the balance between inputs and outputs of N in these systems is poorly understood. This work investigated N dynamics in a chronosequence of soybean fields (1, 2, 5 and 6 years of cultivation) and mature forest in the Brazilian state of Mato Grosso, which is at the southern limit of the Amazon forest. We measured soil N and C stocks, N-NO3-, N-NH4+ concentration and soil \'delta\'15N as well as biological nitrogen fixation (BNF) inputs by soybean, which were assessed using the 15N natural abundance technique under field conditions. Additional measurements of physical and chemical properties of soils were also provided. The land-use-conversion started from pasture, so this site was used as an initial reference for soil N stocks and soil \'delta\'15N. Mature forest stands on the ranch were also used as an additional reference. Soil N stocks (top 10cm) ranged from 1230 kg N ha-1 in the pasture to 1370 kg N ha-1 in the oldest soybean fields. The trend of increasing N stocks with field age was statistically significant. The annual N accumulation by soybean plant biomass was 158,6 kg N ha-1 in the oldest soy fields, of which 79% was estimated to be derived by BNF, based on the natural abundance technique. There was no statistically significant trend in the mineralization and nitrification rates among the areas. However, extracts of soil profiles showed significant increases in deep soil nitrate concentrations in soybean soils compared to forest soils. There was no statistically significant trend in the soil \'delta\'15N within the chronosequence of soybean fields, although the values were intermediate between the soil \'delta\'15N values found in the pasture and the forest. These results showed a pattern of nitrogen accumulation in the soil along the chronosequence of soybean fields, indicating a possible gradual return to soil N stocks and isotopic signatures occurring in the forest soil before the conversion to pasture and soybean, although this may not happen in the near future

Os riscos de diminuição dos teores de matéria orgânica e nitrogênio no solo são elevados em povoamentos monoespecíficos de eucaliptos. Uma das alternativas para contornar ou reverter este problema é o plantio misto de eucalipto com leguminosas arbóreas fixadoras de N2. O presente estudo teve como objetivo avaliar as interações entre espécies no crescimento da parte aérea e do sistema radicular, na nutrição mineral das plantas e na fixação de nitrogênio em plantios consorciados de e leguminosas arbóreas. O estudo foi conduzido na Estação Experimental de Ciências Florestais de Itatinga, Itatinga, SP. O tipo de solo ocorrente na área foi caracterizado como Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico psamítico. O clima foi caracterizado como mesotérmico úmido (Cwa), segundo a classificação de Köeppen. O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso com 3 repetições. As parcelas experimentais tinham 100 plantas, de E. grandis estabelecidas no espaçamento de 3,0m x 3,0m. Nas linhas de plantio, no meio do espaço entre as plantas de E. grandis, foram plantadas intercaladamente (50% da população do E. grandis leguminosas arbóreas nativas de matas brasileiras (Peltophorum dubium, Inga sp, Mimosa scabrella, Acacia polyphylla, Mimosa caesalpiniaefolia) e uma leguminosa exótica (Acacia mangium). O experimento foi medido até os 24 meses pós-plantio. A M. scabrella e a A. Mangium foram às leguminosas que tiveram maior crescimento. O E. grandis, consorciado com a M. scabrella cresceu menos porém, foi o consórcio mais produtivo. Quanto a densidade de raízes finas (drf), para o E. grandis, esta só variou na camada de 0-30cm de profundidade enquanto que para a M. scabrella e a M. caesalpiniaefolia as variações de drf ocorreram logo abaixo dessa camada. Isso indica que estas leguminosas procuraram explorar camadas onde a competição com o E. grandis era menor. A A. mangium e a M. caesalpiniaefolia apresentaram as menores drf (< 0,3 cm cm-3). A M. scabrella apresentou maior drf, a qual chegou a 0,84 cm cm-3 aos 24 meses. Apenas o consórcio E. grandis mais M. scabrella apresentou maior acúmulo de N na soma de todos os seus compartimentos em relação ao povoamento solteiro de E. grandis. Proporcionalmente, as quantidades de N acumuladas na biomassa da M. scabrella, da M. caesalpiniafolia e da A. mangium foram maiores do que no E. grandis. A M. scabrella foi bem mais eficiente do que as demais leguminosas para incorporar N na biomassa aérea. O E. grandi acumulou mais N nas folhas do que no lenho, ao contrário do que foi observado para a M. scabrella e a M. caesalpiniafolia. Pela análise isotópica foi constatado que a M. scabrella possui maior eficiência para fixar N2 atmosférico do que as outras espécies de leguminosas. Dentre as leguminosas nativas, esta espécie foi a que demonstrou maior potencial para uso em plantios consorciados. / The risks of reduced organic matter content and soil nitrogen are elevated in pure stands of eucalypt. One of the alternatives to avoid or solve this problem is the use of mixed plantation of eucalypt with leguminous N2-fixing trees. The objective of the present study was to evaluate the above and belowground growth interactions between species, the mineral nutrition of the plants and nitrogen fixation in mixed stands of E. grandis and native leguminous N2-fixing trees. The study was carried out at the Experimental Station of Forest Sciences of Itatinga, Itatinga, São Paulo, Brazil. The soil was characterized as loam Red-Yellow Latosol. The climate is characterized as humid mesothemic according to the classification of Köeppen. The experimental design was in 3 blocks with each block having 7 parcels. The experimental parcels had 100 plants of E. grandis established with the space of 3,0m x 3,0m. Within the lines of the E. grandis seedlings (50% of the population of the E. grandis) was intercropped with native leguminous N2-fixing trees (Peltophorum dubium, Inga sp, Mimosa scabrella, Acacia polyphylla, Mimosa caesalpiniaefolia) and one exotic leguminous plant (Acacia mangium). The experiment was evaluated for 24 months after planting. The M. scabrella and A. mangium are the legume trees that had highest growth. Although E. grandis and M. scabrella had the lowest growth, it was the most productive combination. The fine root density of E. grandis only varied in the layer of 0-30cm deep whereas for the M. scabrella and the M. caesalpiniaefolia the root density variations occurred below this layer. This indicates that these legume trees explore layers where competition with E. grandis is least. A. mangium and M. caesalpiniaefolia produced the lowest root density (< 0,3 cm cm-3). The M. scrabella produced the highest root density of 0,84 cm cm-3 within 24 months. E. grandis and M. scabrella was the only combination that had the highest accumulation of N in relation to all evaluated compartments of the pure stand of E. grandis . Proportionally, the amounts of accumulated N in the biomass of M. scabrella, M. caesalpiniafolia and A. mangium was higher than E. grandis. M. scabrella was the most efficient legume tree in incorporation of N in the above and belowground biomass. E. grandis accumulated more N in the leaves than in the stems contrary to what was observed in M. scabrella and M. caesalpiniafolia. . Using the isotopic analysis it was observed that M. scabrella had greater efficiency in fixing atmospheric N2 than the other species of leguminous trees. Amongst the native leguminous trees, M. scabrella was the one that demonstrated a greater potential for use in mixed stands.

Este é o primeiro relato da presença de bactérias diazotróficas dos gêneros Achromobacter e Zoogloea como endófitas de plantas de trigo, que foram identificadas pela análise das seqüências do DNA ribossomal 16S. Com o objetivo de estudar a localização dos isolados: IAC-AT-8- Azospirillum brasiliense, IAC-HT-11- Achromobacter insolitus, IAC-HT-12- Zoogloea ramigera nas plantas de trigo, foi realizado um experimento em condições axênicas. Após 15 dias da inoculação, as plantas foram observadas em microscópio eletrônico e visualizou-se a presença das bactérias externamente nas raízes e internamente no córtex, na região de alongamento. Para estudar possíveis benefícios propiciados por estes isolados à cultura do trigo em condições de campo, foram instalados dois experimentos no ano de 2002, com dois genótipos de trigo (ITD-19 e IAC-370) e três doses de N. As análises foram realizadas no estádio de quatro folhas e de perfilhamento. A inoculação promoveu maior massa de matéria seca e N acumulado e aumentou a produtividade de grãos, principalmente na presença de adubo nitrogenado adicional, porém, revertendo em lucro para o agricultor. As respostas variaram em relação ao local de cultivo. Em 2003, foi realizado outro experimento muito semelhante aos anteriores, entretanto, as análises foram realizadas no estádio perfilhamento e de maturidade fisiológica. A inoculação promoveu benefícios à cultura do trigo independentemente do genótipo utilizado, ou seja, aumento do N acumulado no grão, com a inoculação do isolado IAC-AT-8, e da produtividade de grãos na maior dose de N, com o isolado IACHT- 11. Os benefícios propiciados às plantas pela inoculação de bactérias diazotróficas podem estar relacionados à capacidade de síntese de fitormônios. Por isso instalou-se um experimento no ano de 2005 com o objetivo de relacionar a capacidade de síntese de indóis com os possíveis benefícios à cultura do trigo em condições de campo. Os isolados diferiram quanto a quantidade de indóis que sintetizaram, entretanto, houve benefícios para a cultura, principalmente com a adição de adubo nitrogenado, demonstrando que outros mecanismos podem ser responsáveis pelas respostas positivas. Assim, foi realizado um experimento em casa de vegetação para estudar a influência da inoculação no metabolismo do nitrogênio das plantas e avaliar a colonização em substrato não esterilizado. Os isolados foram marcados com resistência a antibióticos. Após 40 dias da inoculação todos os isolados estavam presentes no interior das raízes, entretanto, não foram detectados no solo. O isolado IAC-HT-11, influenciou o metabolismo do nitrogênio das plantas, propiciando maior atividade das enzimas redutase do nitrato e sintetase da glutamina, e maior teor de clorofila, resultando no aumento da eficiência de utilização do N. Apesar das respostas terem sido variáveis, em todos os experimentos realizados foram obtidas respostas positivas à inoculação do isolado IAC-HT-11 de Achromobacter insolitus, na presença de adubo nitrogenado adicionado. A inoculação é uma prática não onerosa, portanto, viável economicamente, aumentando a produtividade de grãos e gerando lucro para o agricultor. / This study reports for the first time the endophytic nature of Achromobacter and Zoogloea in wheat plants, that were identified by 16S rDNA gene sequence analyses. To find out the localization of the bacterial cells (IAC-AT-8- Azospirillum brasiliense, IACHT- 11- Achromobacter insolitus, IAC-HT-12- Zoogloea ramigera) in/on wheat plants, an experiment was set up under axenic conditions. Fifteen days after inoculation, the plants were observed under electron microscope. All the strains could be visualized on the external part of the root and in the inner part at the elongation zone, in the cortex cells. Two field experiments were carried out in year of 2002, with the aim of evaluating the benefits from inoculation of these strains in wheat plants, with two wheat genotypes (ITD-19 and IAC-370) and three levels of nitrogen fertilizer. The plants were evaluated at four leaves and at tillering stage. Inoculated plants presented increases in dry matter, N accumulation and grain yield, especially in combination with N fertilizer, generating financial profits for the farmer. The responses to inoculation varied according to the location. A field experiment was carried out, in year of 2003, with the same experimental set up used at the previous year. However, the plants were evaluated at tillering stage and at maturity stage. Grain yield and the main yield components were evaluated at harvest. Independent of the cultivar or the nitrogen dose, plants inoculated with the strain IAC-AT-8 presented increases in grain N accumulation and, at the highest nitrogen dose, the strain IAC-HT-11 increased grain yield. The plants? benefits due to the inoculation of endophytic diazotrophic bacteria may also result from their indole synthesis, a field experiment was carried out to find out which had been the main mechanisms for improvement of plant growth and yield, in 2005. The employed strains produced variable amounts of indoles, however, the inoculation brought benefits to wheat plants, mainly in the presence of added N, demonstrated that others mecanisms could be acting for the positive responses to inoculation. In this way, a greenhouse experiment was carried out with the aim of evaluating the influence of inoculation on nitrogen metabolism in wheat plants, and the colonization in unsterilized substratum. The strains were selectively market with antibiotic resistence to. Forty days after inoculation, all three strains had been established in the interior of the roots, however, they could not be detected in the soil. The strain IAC-HT-11 influenced the N metabolism of the plants, increased the nitrate reductase and glutamine synthetase activities, and the chlorophyll content, causing higher efficiency in N utilization. In spite of the great variability of the inoculation response, IAC-HT-11, Achromobacter insolitus, generated the greatest yield increase when combined with nitrogen fertilizer. Inoculation of diazotrophic bacteria is an inexpensive technique, that is economically sound, promoting the increase in grain yield and generating financial profits for the farmer.

A intensificação ecológica das plantações florestais tropicais (PFT) pela introdução de árvores fixadoras de nitrogênio (AFN) pode levar a maior produção de biomassa e ao aumento dos serviços ecossistêmicos (e.g. manutenção dos recursos hídricos e da biodiversidade, recuperação de áreas degradas e sequestro de carbono). Essa intensificação é particularmente importante nos trópicos, por causa da escassez de solos ricos em nutrientes destinados ao estabelecimento das PFT, e devido aos altos custos ambientais e econômicos do uso de fertilizantes minerais. A facilitação a partir de AFN para não-AFN ocorre pela transferência de N após a decomposição da serapilheira, resíduos culturais, raízes e nódulos e exudados radiculares; ou diretamente com auxílio de redes de micorrizas em comum. Foi usado o traçador 15N para adquirir novas percepções sobre a funcionalidade do nitrogênio de plantações florestais puras e mistas de Eucalyptus e Acacia. O capítulo 2 aborda a variação sazonal da fixação do N2 pela Acacia mangium numa segunda rotação florestal com monoculturas (1111 plantas ha-1) ou associada com Eucalyptus grandis (com 555 plantas por espécie ha-1) (em Itatinga-SP). A competição com árvores de Eucalyptus reduziu o crescimento da Acacia em mistura. Em contraste, Eucalyptus em mistura obtiveram maior crescimento e conteúdo de N por árvore do que em monocultura. Maior fixação de N2 pela Acacia em mistura do que em monocultura pode ser relacionado a mais alta competição das árvores de Eucalyptus do que de Acacia para o N do solo. A maior mineralização do N no monocultivo da Acacia do que no plantio misto após uma rotação florestal pode reduzir a fixação de N2 no monocultivo de Acacia durante a segunda rotação florestal em comparação ao plantio misto. O capítulo 3 focou sobre a transferência de N em curto prazo e abaixo do solo a partir da A. mangium para E. grandis vizinhos, com monitoramento durante 60 dias em um plantio misto com 1111 plantas espécie-1ha-1 (Itatinga-SP). 15N-NO3- foi injetado no fuste de três árvores dominantes de Acacia (com 26 meses de idade). A maior parte das folhas, raízes finas e rizosfera das duas espécies foram enriquecidas com 15N a partir dos 5 dias após a marcação, até 6,2 m a partir da Acacia marcada. Esse estudo destacou que a transferência de N em curto prazo e abaixo do solo poderia prover quantidades significativas do requerimento de N de árvores vizinhas as AFN em florestas mistas. O capítulo 4 abordou os efeitos de resíduos de colheita (RC: folhas, galhos e casca) de A. mangium e E. grandis sobre a dinâmica do N no solo e serapilheira, a absorção de N pelas árvores e a produção de biomassa durante a rotação seguinte de Eucalyptus em monocultivo com 1667 plantas ha-1 (Bofete-SP). O conteúdo de N nos RC da Acacia foi cerca de 3 vezes maior do que RC de Eucalyptus. Os resultados preliminares mostraram que a transferência de N a partir de RC da Acacia para o solo e para árvores de Eucalyptus foi mais rápida (observados aos 3 meses após o replantio) do que a partir de RC de E. grandis (observado aos 7 meses após o replantio). Outros estudos relacionados aos temas abordados em cada capítulo são apresentados nos Apêndices. Esta tese destaca o potencial de uso de AFN para promover a intensificação ecológica de PFT. / Ecological intensification of tropical forest plantations (TFP) through the introduction of nitrogen-fixing trees (NFTs) may lead to higher biomass production and to enhancement of ecosystem services (e.g. maintenance of water resources and biodiversity, land reclamation and carbon sequestration). Such intensification can be particularly important in tropics, because of the scarcity of nutrient-rich land area devoted for TFP, and environmental and economic constraints with the use of mineral fertilizers. Facilitation from NFTs to non-NFTs can occur through N-transfer after decomposition of litter, roots and nodules and pruning residues, roots exudates or through common mycorrhizal networks. We used 15N tracers to gain insights into nitrogen functioning of pure and mixed-species plantations of Eucalyptus and Acacia. Chapter 2 deals with the seasonal variation of N2 fixation by Acacia mangium in a second stand rotation of monoculture (1111 trees ha-1) or associated with Eucalyptus grandis (with 555 trees ha-1 for each species) (in Itatinga-SP). Competition with Eucalyptus trees depleted Acacia tree growth in mixture. By contrast, individual Eucalyptus tree growth and N content were higher in mixed-species plantations than in monoculture. Higher N2 fixation by Acacia in mixture than in pure stand may be linked to higher competition of Eucalyptus trees than Acacia trees for soil N. Higher soil N mineralization in pure Acacia stand than in mixture after one stand rotation may deplete N2 fixation in Acacia monoculture during the second rotation in comparison to mixture. Chapter 3 focuses on the short-term belowground N transfer from A. mangium to E. grandis neighbors, monitored during 60 days in a mixed-species plantation with 1111 trees ha-1 for each species (Itatinga-SP). 15N-NO3- was injected in the stem of three big Acacia trees (26 months of age). Most of leaves, fine roots and rhizosphere samples of both species were 15N enriched from 5 days after labelling onwards, up to 6.2 m from the labelled Acacias. Our study highlights that short-term belowground N transfer may provide significants amounts of the N requirements of neighbors of N-fixing trees in mixed-species forests. Chapter 4 deals with the effect of harvested residues (HRs: leaves, branches and bark) of A. mangium and E. grandis on litter and soil N dynamics, N tree uptake and tree biomass production during a following rotation of Eucalyptus in monoculture with 1667 trees ha-1 (Bofete-SP). N content of Acacia HRs was 3 times higher than of Eucalyptus HRs. Our preliminary results showed that N transfer from Acacia HR to the soil and to replanted Eucalyptus trees was more rapid (3 months after replanting) than from N transfer from E. grandis HRs (7 months of age). Other studies related to the chapters are presented in Appendices. Our study highlights the potential use of the NFTs to promote the ecological intensification of TFP.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-03-20T17:33:01Z No. of bitstreams: 1 Tese - Renata Barbosa Alvim.pdf: 4406371 bytes, checksum: 35fad183d96f066fe9832adc22b3f739 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-20T17:33:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese - Renata Barbosa Alvim.pdf: 4406371 bytes, checksum: 35fad183d96f066fe9832adc22b3f739 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências- Geoquímica, Niterói, RJ / As atividades humanas estão provocando alterações substanciais no ciclo do nitrogênio (N) e fósforo (P), que resultam em aumento das concentrações e alteração na distribuição das formas desses elementos nos sistemas aquáticos. O presente estudo teve como objetivo avaliar os impactos provocados na distribuição das formas de N e P na bacia hidrográfica do rio Piabanha (Região Serrana do estado do Rio de Janeiro), em áreas com cobertura de vegetação natural, agrícola e urbana. Foram inseridos dois pontos fora do limite da bacia do rio Piabanha, no rio Paraibuna (afluente do rio Paraíba do Sul) e no rio Paraíba do Sul, à montante da foz dos rios Paraibuna e Piabanha. A bacia do Piabanha, possui área de drenagem de 2059 km2 e uma população estimada em 500.000 habitantes. Os rios Piabanha e Paquequer nascem em trechos preservados de mata Atlântica, e atravessam o perímetro urbano dos municípios de Petrópolis e Teresópolis, respectivamente. O rio Preto, seu maior afluente, está inserido em uma região com atividades agrícolas, o que aumenta a poluição das águas fluviais devido ao uso de fertilizantes. Foram coletadas amostras de águas fluviais em duas campanhas de amostragem (verão e inverno) em 2013. Foram efetuadas medidas in situ de pH, condutividade, temperatura e concentrações de oxigênio dissolvido e a determinação das formas dissolvidas e particuladas de N e P. As medidas de vazão foram efetuadas in situ e estimadas por cálculos em todos os pontos de amostragem. A sazonalidade foi mais marcante nas cabeceiras e nas áreas agrícolas, possivelmente em razão das chuvas, que arrastam os nutrientes que passam pela vegetação e pelas áreas cultivadas e chegam aos rios. Os maiores valores de condutividade e concentrações de N e P foram verificados nos pontos das áreas urbanas e os menores valores nos pontos localizados nas cabeceiras dos rios. As elevadas concentrações de NH4+ e PO43-, em relação às demais formas, logo a jusante dos maiores centros urbanos, são um forte indicativo da descarga de esgotos, além disso, é a principal causa da poluição das águas dos rios Piabanha e Paquequer. O aumento gradual da abundância relativa do nitrogênio particulado (NP) em relação ao N ao longo do curso do rio Piabanha a partir do setor mais poluído, sugere que este aumento esteja relacionado à hidrodinâmica fluvial, que favorece a aeração e, em decorrência disso, o crescimento aeróbio de biomassa heterotrófica e autotrófica (nitrificação), processos através dos quais, parte do NH4+ assimilado é convertido em biomassa, processo semelhante ao verificado em um sistema de tratamento de esgotos por lodos ativados, onde parte do N é removido da fase aquosa e incorporado ao lodo ativado. A carga de N no rio Paraíba do Sul, a jusante da confluência dos três rios, e próximo à sua foz sugerem que existem processos efetivos em causar perda líquida de N ou retenção ao longo do rio Paraíba do Sul, a principal hipótese seria a sedimentação de NP, especialmente em áreas de represamento de água localizadas entre estes dois pontos de estudo. No trecho final do rio Piabanha, os resultados mostraram a diminuição da carga de P, a principal hipótese é que o P pode estar adsorvido às formas inorgânicas e devido à maior densidade dessas formas, foi removido da água e depositado no sedimento de fundo. O lançamento de esgotos domésticos nas águas fluviais da bacia do rio Piabanha contribui com pelo menos 43% da carga de N lançada no rio Paraíba do Sul. A contribuição atmosférica seria de 31% e a atividade agrícola contribui com pelo menos 15% do N lançado no Paraíba do Sul. Restando um total de 11% de erro associado à incerteza na estimativa das 3 principais fontes de N aqui consideradas. Os valores estimados de fluxo de P para a população e a deposição atmosférica foram maiores que os fluxos encontrados na foz do rio Piabanha. Estima-se que mais de 44% do P que entra na bacia esteja sendo removido das águas superficiais e depositado no sedimento de fundo. / Human activities are causing substantial changes in the nitrogen cycle (N) and phosphorus (P), which results in increased concentrations and changes in the distribution of forms of these elements in aquatic systems. This study focused on evaluating the impacts done during the distribution of forms of N and P in the watershed of the Piabanha River (Mountain region of the state of Rio de Janeiro), in areas with natural vegetation cover, agricultural and urban. Two points outside the boundary of the basin of the Piabanha River basin were inserted in Paraibuna river (tributary of the River Paraiba do Sul) and the Paraíba do Sul River, upstream from the mouth of Paraibuna and Piabanha rivers. The basin Piabanha has a 2059 km2 drainage area and an estimated population of 500,000 inhabitants. The Piabanha and Paquequer rivers rise in the preserved Atlantic Forest stretches, and pass through the urban area of the cities of Petropolis and Teresopolis, respectively. The Preto River, its largest affluent, is inserted in a region with agricultural activities which increases the pollution of fluvial waters due to the use of fertilizers. Samples of fluvial waters were collected in two sampling campaigns (summer and winter) in 2013. In Situ measurements of pH were made as well as conductivity, temperature and dissolved oxygen concentrations and the determination of dissolved and particulate forms of N and P. The flow measurements were carried out in situ and estimated by calculations in all the sampling points. Seasonality was most outstanding in the headwaters and agricultural areas, possibly because of the rains, dragging the nutrients that pass through vegetation and the cultivated areas and reach the rivers. The highest conductivity and concentration values of N and P were found in sections of urban areas and the lowest values in the points located in the headwaters of rivers. High concentrations of NH4 + and PO4-3, in relation to other forms, just downstream of the largest urban centers, are a strong indicator of sewage discharge, moreover, is the leading cause of water pollution of rivers Piabanha and Paquequer. The gradual increase in the relative abundance of particulate nitrogen (PN) to N over the course of Piabanha river from the most polluted sector suggests that this increase is related to the hydrodynamic fluvial, which favors aeration and, as a result, aerobic growth of heterotrophic biomass and autotrophic (nitrification), the processes by which part of the NH4+ absorbed is converted into biomass similar to what was found in a sewage treatment system by activated sludge, in which part of the N is removed from the aqueous phase and incorporated into the activated sludge. The N load in the Paraiba do Sul river, downstream of the confluence of three rivers, and near its mouth suggest that there are effective processes in causing net loss of N or retention along the Paraiba do Sul river, the main hypothesis sedimentation of NP, especially in areas of dammed water located between these two study points. In the final stretch of river Piabanha, the results showed a decreasing load of P, the main assumption is that P can be adsorbed to inorganic forms and due to the greater density of these forms, it was removed from the water and deposited in the bottom sediments. The launch of domestic sewage in the fluvial waters of the basin of the Piabanha river contributes with at least 43% of N load thrown into the Paraiba do Sul River. The atmospheric contribution would be 31% and agriculture contributes with at least 15% of N released in Paraiba do Sul. Leaving a total of 11% of associated error to the uncertainty in the estimation of three main sources of N considered here. The estimated values of P flow to the population and atmospheric deposition were higher than the flows found in the mouth of the Piabanha river. It is estimated that more than 44% of P entering the bowl is being removed from the surface and deposited in the bottom sediment.

Orientador: Gustavo Quevedo Romero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-18T12:38:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_AnaZangirolame_M.pdf: 2619238 bytes, checksum: 7829d9724c33ae79b0974c3db972f845 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Inúmeros organismos vivem associados a plantas da família Bromeliaceae e rejeitos derivados desses organismos (e.g., fezes e detritos vegetais) podem contribuir para a nutrição das bromélias. A aranha Psecas chapoda (Salticidae) habita Bromelia balansae, Ananas comosus e Aechmea distichantha (Bromelioideae) em uma grande extensão geográfica. Dependendo da estrutura da roseta e dos tricomas absorventes, estas bromélias podem absorver mais ou menos nitrogênio derivado da aranha. A obtenção de nitrogênio pode variar de acordo com o período do ano (e.g., seco vs. chuvoso) e também devido à presença de microorganismos associados às folhas das bromélias. No presente estudo utilizamos métodos isotópicos e fisiológicos para responder as seguintes questões: (1) a aranha contribui para a nutrição e crescimento de B. balansae, An. comosus e Ae. distichantha? (2) quais respostas fisiológicas (i.e., concentrações de clorofilas, carotenóides e proteínas solúveis) as plantas apresentam por ganharem nitrogênio derivado da aranha? (3) existe variação sazonal na absorção de nitrogênio proveniente das aranhas? (4) as bactérias associadas à filosfera de B. balansae facilitam a absorção de nutrientes por estas plantas? Nossos resultados mostraram que P. chapoda favorece nutricionalmente suas três bromélias hospedeiras. Entretanto, nossos resultados indicam que o mutualismo entre aranhas e bromélias é sazonalmente restrito gerando resultados condicionais. A variação interespecífica na obtenção de nitrogênio ocorreu provavelmente devido às diferentes performances e rotas fotossintéticas de cada espécie. Enquanto B. balansae parece utilizar nitrogênio para crescimento, Ae. distichantha aparentemente acumula nitrogênio para condições de estresse nutricional. Adicionalmente, mostramos que plantas com densidade natural de bactérias acumularam 57% mais proteínas solúveis e cresceram 13% mais do que as bromélias que tiveram a abundância de bactérias reduzidas com antibióticos. Estes resultados sugerem pela primeira vez que bactérias aceleram a ciclagem de nutrientes na filosfera e podem favorecer nutricionalmente estas plantas / Abstract: Many organisms live associated with Bromeliaceae plants and materials derived from these organisms (e.g., faeces and plant debris) may contribute to bromeliad nutrition. The spider Psecas chapoda (Salticidae) lives in Bromelia balansae, Ananas comosus and Aechmea distichantha (Bromelioideae) in a large geographic extent. Depending on the structure of the rosette and trichomes, these bromeliads may absorb more or less nitrogen derived from spiders. The acquisition of nitrogen may vary according to the seasons (e.g., dry vs. wet) and also due to the presence of microorganisms associated with bromeliad leaves. In this study we used physiological and isotopic methods to answer the following questions: (1) Do spiders contribute to the nutrition and growth of B. balansae, An. comosus and Ae. distichantha? (2) Which physiological responses (i.e., chlorophylls, carotenoids and soluble protein concentrations) the plants have by receiving nitrogen from spiders? (3) Is there seasonal variation in the absorption of nitrogen from spiders? (4) Do bacteria associated with B. balansae phyllosphere facilitate nutrient absorption by these plants? Our results showed that P. chapoda nutritionally improve their three host plants. However, our results indicate that this mutualism is seasonally restricted generating conditional outcomes. The interespecific variation in nitrogen acquisition occurred probably due to different performances and photosynthetic routes of each plant species. While B. balansae appear to use nitrogen for growth, Ae. distichantha apparently accumulate nitrogen for nutritional stress conditions. Additionally, we showed that plants with natural density of bacteria accumulated 57% more soluble proteins and grew 13% more than bromeliads that had their abundance of bacteria reduced with antibiotics. These results suggest for the first time that bacteria accelerate nutrient cycling in the phyllosphere and may nutritionally favor these plants / Mestrado / Ecologia / Mestre em Ecologia

Orientadores: Marlene Aparecida Schiavinato, Claudia Baptista Haddad / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-09-11T21:06:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_AnaLuciadaSilva_D.pdf: 355483 bytes, checksum: 9ce9e116731fc53ab23c70ac20c5cf48 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: A duração do ciclo de vida foliar determina características distintas nas folhas, que são relevantes para a sobrevivência da planta em diferentes habitats. Tem sido verificado que as espécies perenifólias apresentam mecanismos mais eficientes de conservação de nitrogênio (N) em relação às espécies decíduas. Esses mecanismos são: eficiência de reaproveitamento de nitrogênio (ERN), proficiência de reaproveitamento de nitrogênio (PRN) e eficiência do uso de nitrogênio (EUN). Segundo um dos paradigmas da ecologia vegetal, as espécies crescendo em ambientes oligotróficos têm maior eficiência de reaproveitamento de nutrientes em relação a espécies características de ambientes eutróficos. A PRN em espécies adaptadas a solos poço férteis é maior do que a de espécies de solos mais férteis. Plantas com longo ciclo de vida foliar possuem maior EUN do que plantas com folhas menos longevas e esta eficiência aumenta com o decréscimo da concentração de nutriente no solo. Espécies perenifólias apresentam maior longevidade foliar do que as decíduas e maior concentração de fenóis. Por outro lado, a concentração de taninos costuma ser maior nas folhas de espécies decíduas. É visto também que as espécies com folhas mais longevas possuem menor concentração de N total, menor concentração de compostos nitrogenados e maior massa foliar específica (MFE). O objetivo deste trabalho foi verificar se as observações encontradas na literatura, comparando espécies perenifólias e decíduas, aplicam-se também às espécies semidecíduas (Hymenaea courbaril - sem FSN e Lonchocarpus guilleminianus ¿ com FSN) e decíduas (Enterolobium contortisiliquum ¿ com FSN e Peltophorum dubium - sem FSN) encontrada em uma Mata Estacional Semidecídua remanescente da Mata Atlântica. As plantas foram cultivadas em casa de vegetação, em vasos contendo solo de local onde as espécies são encontradas na mata, enriquecido ou não com N. Plantas de H. courbaril e P. dubium também foram cultivadas em areia. Houve decréscimo na concentração de clorofila total com o avanço da idade foliar nas quatro espécies. As ERN, PRN e EUN decresceram com o aumento da concentração de N no solo. Espécies com FSN apresentaram menor ERN, PRN e EUN em relação às espécies sem FSN. Plantas cultivadas em areia tiveram maiores ERN, PRN e EUN. Os resultados mostraram uma relação inversa entre os parâmetros de ERN, PRN, EUN e presença de FSN e fertilidade do solo. Os resultados obtidos corroboram os da literatura, já que as espécies com folhas mais longevas apresentaram concentrações maiores de fenóis e maior MFE, menores de taninos, nitrato, proteínas, aminoácidos, clorofila e N total / Abstract: Depending on the leaf life span, the leaves show distinct characteristics, which are relevant to the survival of the plant in different habitats. It has been noticed that the evergreen species show more efficient mechanisms of Nitrogen (N) conservation. These mechanisms are related to N Resorption Efficiency (NRE), N Resorption Proficiency (NRP) and N Use Efficiency (NUE). According to one of the paradigms of plant ecology, species growing in oligotrophic environments are more efficient in nutrient resorption than species from eutrophic environments. It is well known that the NRP in species adapted to soils which are not very fertile, is higher than in species of fertile soils. Plants with long leaf life span have higher NUE than plants with shorter leaf life span and the NUE increases with the decrease of nutrient in the soil. Since the evergreen species present longer leaf life span than the deciduous, their leaves present higher concentration of phenolic compound. On the other hand, the concentration of tannins is usually higher in leaves of deciduous species. It is also known that the long leaf life species have lower concentration of nitrogen compounds and higher Specific Leaf Mass (SLM). The objective of this study was to verify if the observations found in literature, comparing evergreen species to deciduous species, are also applied to the semi deciduous species (Hymenaea courbaril - without SNF and Lonchocarpus guilleminianus ¿ with SNF) and deciduous species, (Enterolobium contortisiliquum ¿ with SNF and Peltophorum dubium - without SNF) of a semi deciduous tropical forest, remnant of the Atlantic Forest. The plants were grown in a greenhouse; in pots filled with soil from their natural environment, enriched or not with N. Plants of H. courbaril and P. dubium were also grown in sand. The results obtained confirm the observations cited in the literature, since the species with longer leaf life span presented higher SLM and concentrations of phenolic compounds, lower concentrations of tannins, nitrate, total proteins, total free amino acids, chlorophyll total), total N. There was a fall in the concentration of total chlorophyll with the advance of leaf age in the four species. The NRE, NRP and NUE decreased with the increase of N concentration in the soil. Species with SNF presented lower NRE, NRP and NUE if compared to species without SNF / Doutorado / Biologia Vegetal / Doutor em Biologia Vegetal

Espécies nitrogenadas vem sendo adicionadas ao meio ambiente de forma intensa desde o desenvolvimento do processo Haber-Bosch para transformação de N2 em NH3, alterando significativamente o ciclo biogeoquímico do nitrogênio no ambiente. Uma vez na atmosfera, o nitrogênio reativo é depositado de volta à superfície da Terra por processos de deposição úmida e seca. A importância de levar em conta as formas orgânicas de nitrogênio para estimar a deposição de nitrogênio atmosférico pela chuva (úmida) já é conhecida, no entanto, ainda há poucos trabalhos que avaliam essa fração devido às dificuldades e incertezas impostas pelos métodos analíticos disponíveis. Este trabalho traz o desenvolvimento de um novo método, simples e de baixo custo, para a determinação de nitrogênio orgânico (N-org) em água de chuva utilizando o processo foto-Fenton e um foto-reator construído de forma artesanal. Por meio da adição de solução de Fenton (50 µmol L-1 Fe2+ e 2 mmol L-1 H2O2) e 90 min de radiação UV (85 °C) foi possível obter em média 106 ± 8% de recuperação de nitrogênio para soluções contendo 50 µmol N L-1 das moléculas modelos: ureia, serina, glicina e histidina. No caso da arginina, 90 min de radiação foi suficiente para degradar soluções contendo 10 µmol N L-1. O reator comercial se mostrou mais eficiente na degradação dos compostos testados (30 min), no entanto, com um tempo de 75 min, o reator artesanal atingiu os mesmos resultados. Com o uso de 0,2 g L-1 TiO2 e 120 min de radiação UV, também foi possível obter resultados satisfatórios. Porém, esse método possuiu valores de branco elevados, havendo necessidade de filtrar as amostras irradiadas antes da análise, adicionando tempo e custo ao procedimento analítico. O método desenvolvido utilizando foto-Fenton foi aplicado para a determinação de N-org em amostras de água de chuva coletadas na cidade de Ribeirão Preto (SP) de 2013 a 2017. A concentração de N-org variou de 3,5 a 195 µmol N L-1 com concentração média ponderada pelo volume (MPV) de 17,7 ± 1,0 µmol N L-1 (n=236). Essa média foi maior que aquelas obtidas em água de chuva de várias partes do mundo, podendo ser atribuída a elevada queima de biomassa na região de estudo. As concentrações de aminoácidos livres dissolvidos (AA) representaram em média 15 ± 12% (n=144) em relação à fração orgânica de nitrogênio na chuva, enquanto as concentrações de ureia foram próximas ou inferiores ao limite de quantificação do método (0,5 µmol N L-1). Considerando toda série temporal iniciada no mesmo sítio amostral desde 2005, as concentrações MPV calculadas para os íons NH4+ foi de 22,2 ± 1,1 µmol L-1 (n=460), NO3- de 13,3 ± 0,6 µmol L-1 (n=466), sendo que a concentração de NO2- foi irrelevante. Foram obtidas concentrações significativamente mais elevadas (teste-t, P=0,05) de NH4+, NO3-, N-org e AA no período de safra da cana (seco) com relação à entressafra (chuvoso), para todos os anos avaliados. Apesar da colheita manual da cana ter sido drasticamente reduzida, o fato de manter a mesma tendência sazonal desde 2005, demonstra que a prática da queima de biomassa ainda é intensa na região. O uso de fogo para manejo na área rural ainda é comum, além de haver grandes áreas queimadas de forma acidental. A deposição úmida de nitrogênio (N-org + NH4+ + NO3-) para Ribeirão Preto foi de 10,5 kg (N) ha-1 ano-1, sendo que a fração orgânica representou 33% dessa deposição, demonstrando a importância de se determinar N-org para melhor estimar os fluxos atmosféricos de deposição. A massa estimada de nitrogênio depositada pela chuva é cerca de 16% do nitrogênio aplicado por meio de fertilizantes em culturas de cana. Somando as deposições de nitrogênio pelo material particulado, pela fase gasosa, e úmida, esta última representa 71% do fluxo atmosférico de nitrogênio. Nesse contexto, a fração orgânica corresponde a 24% da deposição total, sendo que este valor ainda pode estar sendo subestimado, pois as concentrações de N-org no material particulado não foram determinadas. A simplicidade e exatidão do método aqui proposto pode facilitar a aquisição de dados de N-org na chuva de outras partes do mundo, melhorando assim o conhecimento sobre o ciclo biogeoquímico global do nitrogênio. / Nitrogen species have been intensively added to the environment since the development of Haber-Bosch process for N2 transformation to NH3, significantly altering the biogeochemical cycle of nitrogen. Once in the atmosphere, reactive nitrogen is deposited back to the Earth\'s surface by wet and dry deposition processes. The importance of taking into account the organic forms of nitrogen to estimate atmospheric nitrogen deposition by rain is already known. However, few studies evaluated this fraction due to the difficulties and uncertainties imposed by the available analytical methods. This work presents the development of a new, simple and low-cost method for the determination of organic nitrogen (N-org) in rainwater using photo-Fenton process and a homemade photo-reactor. By adding Fenton solution (50 mol L-1 Fe2+ and 2 mmol L-1 H2O2) and keeping the reaction under UV radiation for 90 min (85 °C), it was possible to obtain an average of 106 ± 8% nitrogen recovery for solutions containing 50 mol N L-1 of the model molecules: urea, serine, glycine and histidine. In the case of arginine, 90 min of radiation was sufficient to degrade solutions containing 10 mol N L-1. A commercial reactor showed to be more efficient in degradation of the tested compounds (30 min). However, with a time of 75 min, the homemade reactor achieved the same results. With 0.2 g L-1 TiO2 and 120 min of UV radiation, it was also possible to obtain satisfactory results. Nevertheless, this method had high blank values, and filtration of irradiated samples before the analysis was necessary, which increased time and cost to the analytical procedure. The developed method using photo-Fenton was applied to determine N-org in rainwater samples collected in Ribeirão Preto city (SP) from 2013 to 2017. N-org concentrations ranged from 3.5 to 195 mol N L-1 with a volume-weighted mean concentration (VWM) of 17.7 ± 1.0 mol N L-1 (n = 236). This value was higher than those reported for rainwater from different parts of the world, and this fact can be attributed to the high biomass burning in the study region. Dissolved free amino acids (AA) mean concentrations represented 15 ± 12% (n = 144) of the organic nitrogen fraction in rain, while urea concentrations were close to or below the limit of quantification of the method (0.5 mol N L-1). Considering all temporal series, initiated in 2005 at the same sampling site, the VWM concentration calculated for NH4+ ions was 22.2 ± 1.1 mol L-1 (n = 460) and for NO3- was 13.3 ± 0.6 mol L-1 (n = 466), while NO2- mean concentration was irrelevant. Significantly higher concentrations (t-test, P = 0.05) of NH4+, NO3-, N-org and AA were obtained during the harvest period (dry season) in relation to the non-harvest one (rainy season), for all evaluated years. Although manual harvesting was drastically reduced, the fact that the same seasonal trend has been maintained since 2005 demonstrates that the practice of biomass burning is still intense in the region. In rural area, using fire for land management is still common, in addition to large areas burned by unintentional fires. Nitrogen deposition (N-org + NH4+ + NO3-) in Ribeirão Preto was 10.5 kg (N) ha-1 year-1, and the organic fraction represented 33% of this deposition, demonstrating the importance of determining N-org to better estimate the atmospheric deposition fluxes. The estimated mass of nitrogen deposited by rain represents approximately 16% of the nitrogen introduced by fertilizers in sugarcane crops. Summing up the nitrogen deposition by particulate matter, by gas phase, and by rain, the latter represents 71% of the atmospheric nitrogen flux. In this context, the organic fraction corresponds to 24% of the total deposition, and this value may still be underestimated, since N-org concentrations in particulate matter were not determined. The simplicity and accuracy of the method proposed here may facilitate acquisition of N-org data in rainwater from other parts of the world, thus improving the knowledge on the global biogeochemical cycle of nitrogen.