Foi desenvolvido um estudo com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes sistemas de pastejo e manejo da pastagem sobre o Intervalo Hídrico Ótimo (IHO). A amostragem foi realizada na área experimental do Centro Nacional de Pesquisa de Gado de Corte, unidade da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa Gado de Corte). O solo estudado foi um Latossolo Vermelho Distrófico argiloso. Foram avaliados quatro piquetes, sendo dois no sistema de pastejo contínuo e dois no sistema de pastejo rotacionado, e uma área de cerrado (CN). No sistema de pastejo contínuo, implementado com a espécie Brachiaria decumbens cv. Basilisk, foram retiradas 30 amostras por piquete, obedecendo a uma malha regular de 10 x 10 m, sendo que um dos piquetes não havia recebido adubação de manutenção (Cs) enquanto o outro havia recebido adubação bianual de manutenção (Cc). No sistema de pastejo rotacionado, implementado com a espécie Panicum maximum cv. Tanzânia, foram retiradas 60 amostras por piquete, sendo 30 na posição espacial touceira (t) e 30 na posição espacial entre touceiras (e), obedecendo a uma malha regular de 5 x 10 m. O diferencial entre os piquetes no sistema de pastejo rotacionado foi o resíduo pós pastejo. Em um dos piquetes o resíduo era de 2,0-2,5 Mg matéria seca total (MST) ha -1 (R1), enquanto no outro era de 3,0-3,5 Mg MST ha -1 (R2). No CN foram retiradas 30 amostras obedecendo a uma malha regular de 10 x 10 m. As amostras foram submetidas a um gradiente de tensão de água sendo posteriormente utilizadas nas determinações da densidade do solo (Ds), resistência à penetração de raízes (RP) e umidade volumétrica (qV). Em seguida, os resultados foram utilizados para o ajuste por regressão das curvas de resistência à penetração (CRP) e retenção de água do solo (CRA). Através da CRP e da CRA foi possível quantificar o IHO e a densidade crítica (Dsc), definida como o valor de Ds onde o IHO é igual a zero. O CN apresentou a melhor condição física do solo para o crescimento de plantas, sendo o IHO igual à água disponível. No sistema de pastejo contínuo estudado, a realização de adubação de manutenção não influenciou o IHO, o que foi atribuído às taxas de lotação animal equivalentes nos dois piquetes. O sistema de pastejo rotacionado apresentou as piores condições físicas do solo para o crescimento vegetal, avaliadas pelo critério do IHO. Os maiores valores de Ds e menor IHO foram observados no R1e, o que foi atribuído às taxas de lotação elevadas aplicadas neste piquete. A posição espacial de amostragem (touceira e entre touceiras) não exerceu influência sobre o IHO no R2 enquanto no R1 o IHO foi muito menor entre as touceiras, o que pode ser atribuído ao hábito de crescimento cespitoso da espécie Panicum maximum cv. Tanzânia, deixando parte do solo descoberto e, portanto, sujeito à ação direta do pisoteio dos animais. / A study was developed for evaluating the effect of different grazing systems and pasture management strategies on the Least Limiting Water Range (LLWR). The experimental site was located at the National Beef Cattle Research Center of Brazilian Agricultural Research Corporation (Embrapa Beef Cattle). The soil studied was a clay Oxisol (Typic Acrudox). Five sampling sites were selected: two under continuous grazing system, two under intensive short-duration grazing system, and one under native vegetation "cerrado" (CN). Thirty soil cores were collected in each site under continuous grazing system, established with Brachiaria decumbens cv. Basilisk species. Sampling at continuous grazing sites was performed in a 10 x 10 m regular grid. One of the continuos grazing sites had received biannual fertilization (Cc) while the other was not fertilized (Cs). Sixty soil cores were collected in each site under intensive short-duration grazing system, established with Panicum maximum cv. Tanzânia species, with thirty cores in the spatial position under the plants (up) and thirty cores in the spatial position between the plants (bp). Sampling at intensive short-duration grazing sites was performed in a 5 x 10 m regular grid. The difference between sites in intensive short-duration grazing system was the post-graze stubble. The post-graze stubble was 2,0-2,5 Mg total dry matter (TDM) ha -1 in one site (R1), and 3,0-3,5 Mg TDM ha -1 in the other (R2). Thirty soil cores were collected in CN, in a 10 x 10 m regular grid. The cores were subjected to a soil water suction gradient, and then used for soil bulk density (Db), soil penetration resistance (PR) and volumetric water content (qV) determinations. The data was used for developing soil resistance to penetration curve (SRP) and soil water retention curve (SWR) models doing regression fitting procedures. From SRP and SWR was possible to quantify the LLWR and the critical bulk density value (Dbc) identified as the Db value where LLWR is null. The CN site had the best soil physical condition for plant growth with the LLWR equal to available water. The fertilization did not influenced the LLWR in the continuos grazing system under evaluation, as a consequence of the similar stocking rates at both sites. The intensive short-duration grazing system had the worst soil physical condition for plant growth, as evaluated by the LLWR. The highest Db values and the lowest LLWR were found in R1bp, which may be a consequence of the high stocking rates observed at this site. The spatial sampling position (under the plants and between the plants) did not influenced the LLWR in the R2 site while in R1 the LLWR was much lower between plants. This result is a consequence of the cespitose growth habit of the Panicum maximum cv. Tanzânia species, which leaves part of the soil surface uncovered and subjected to a direct action of animal trampling.

Sustainability is one of the biggest goals of humankind in the new millennium. An increasing global demand on agricultural products stimulates agricultural expansion in Brazil, especially in the Southwestern Amazon, namely in the Cerrado and Amazon biomes. A better understanding of biogeochemical cycles and their influence on natural and agricultural systems is key to achieve environmental sustainability and improve agricultural efficiency. These biogeochemical cycles are driven by microbes, and the aim of this thesis was to correlate microbial functional group abundances with differences in carbon, nitrogen, and greenhouse gas cycles in response to land use changes in Southwestern Amazon soils. This work was performed at the University of São Paulo, Brazil, and at the University of Massachusetts Amherst, USA, while the candidate was enrolled in Ph.D. programs at both universities. The thesis is composed of five studies. The first study shows that land use change from Cerrado and forest to agriculture (soybean, Glycine max (L. Merrill), in succession with other crops) or pasture (Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich.) did not reduce soil microbial diversity but changed microbial structure. The second study, a physicochemical background for this land use conversion, describes the alteration of C and N stocks, soil chemical parameters, and microbiological parameters such as biomass, biological C stocks, and changes in the abundance of prokaryotes and fungi. In the third and fourth studies microcosm experiments depict how the agricultural change to soybean and Brachiaria alter the original microbial structure found in forest or cerrado. These studies focused on abundances of key biogeochemical genes (amoA, nirK, nirS, norB, nosZ, mcrA, and pmoA) and correlated gene copy abundances with C, N, and GHG measurements. In the fifth study, in situ soil surveys and GHG samplings were used to characterize the changes from forest to pasture (B. brizantha, 25 years) or soybean crop system (for 2 years or 25 years in succession). We found correlations between genes and processes, indicating that gene abundances provide important microbial information for the understanding of the targeted biogeochemical cycles. Land use, rather than plant species, promotes alterations in microbial gene abundances and processes. During the survey period, forest exhibited higher microbial activity, resulting in higher nitrate availability and N2O emissions. These processes were correlated with higher abundances of process related genes. Nitrate and N2O emissions were lower in agricultural and pasture soils. CO2 emission was higher in the two-year-old soybean plot. The forest and two-year-old soybean plots acted as a sink for CH4, while the pasture plots represented a source of it. The results validated the use of gene abundance determination as a valuable tool to better understand C, N, and GHG processes. The genes nirK, nosZ, and 16S rRNA presented the best correlations with the processes. A larger temporal and spatial analysis is needed to infer statements on the processes dynamics due to land use change. For the first time gene abundance measurements were used to integrate the C, N and GHG cycles, giving insights into land use changes in Southwestern Amazon / Sustentabilidade é um dos maiores objetivos da humanidade no novo milênio. Uma demanda crescente por produtos agrícolas tem estimulado a expansão agrícola no Brasil, especialmente no Sudoeste da Amazônia, nos biomas Cerrado e Amazônia. Um melhor entendimento dos ciclos biogeoquímicos e suas influências em sistemas naturais e agrícolas é chave para se alcançar sustentabilidade ambiental e aumentar eficiência agrícola. Esses ciclos biogeoquímicos são guiados por microrganismos, e o objetivo dessa tese foi correlacionar abundância de grupos funcionais de microrganismos com carbono, nitrogênio e gases de efeito estufa (GEE) em resposta a mudança do uso da terra em solos do sudoeste da Amazônia. Esse trabalho foi realizado na Universidade de São Paulo e na Universidade de Massachusetts Amherst enquanto o doutorando esteve matriculado nas duas universidades. A tese é composta de cinco estudos. O primeiro estudo mostra que a mudança no uso da terra de Cerrado e floresta para agricultura (soja, Glycine max (L. Merrill), em sucessão com outros cultivos) ou pastagem (Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich.) não reduz diversidade microbiana, mas muda sua estrutura. O segundo estudo descreve as alterações nos estoques de C, N, parâmetros químicos e microbiológicos da conversão de Cerrado para agricultura e pastagem. No terceiro e no quarto estudos, microcosmos foram usados para avaliar a influência de soja e braquiária na microbiota dos solos. Genes chaves dos processos biogeoquímicos (amoA, nirK, nirS, norB, nosZ, mcrA, e pmoA) foram quantificados e correlacionados com C, N e GEE. No quinto estudo, coletas in situ de solo e gases foram usadss para caracterizar a mudança do uso da terra de floresta para pastagem (braquiária, 25 anos) e para agricultura (soja, segundo ano, e soja, 25 anos, em sucessão com outras culturas). Correlações entre genes e processos foram encontradas, indicando que abundância gênica fornece importantes informações para o entendimento dos ciclos biogeoquímicos. Mudança no uso da terra como um todo, mais do que a mudança de vegetação, promove as alterações na abundância gênica e processos do solo. Durante o período de coleta, floresta exibiu maior atividade microbiana, resultando em maior disponibilidade de nitrato e emissão de N2O. Esses processos correlacionam com maior abundância dos genes relacionados aos processos. Quantidades de nitrato e N2O foram menores em agricultura e pastagem. As emissões de CO2 foram maiores na área de soja de segundo ano. Os solos de floresta e soja de segundo ano se mostraram como drenos de metano, enquanto que a pastagem foi uma fonte de emissão. Os resultados validam o uso de abundância gênica como uma técnica valiosa para um melhor entendimento dos ciclos do C, N e GEE. Os genes nirK, nosZ, e 16S rRNA apresentaram as melhores correlações com os processos. Uma análise temporal e espacial mais abrangente é necessária para generalizações sobre a dinâmica dos processos na região estudada. Pela primeira vez abundância gênica foi usada para integrar os ciclos do C, N e GEE, colaborando para um melhor entendimento dos processos relacionados à mudança no uso da terra no sudoeste da Amazônia

Num ecossistema de pastagem a interceptação da luz incidente é o passo inicial de uma seqüência de eventos que resulta na produção de forragem. Vários são os fatores que interferem no processo de interceptação da luz e, dentre eles, os mais expressivos são aqueles relacionados com o índice de área foliar, com as características estruturais e com o arranjo espacial de componentes do dossel forrageiro. O presente experimento teve como objetivo estudar a estrutura do dossel, a interceptação luminosa e o acúmulo de forragem em pastos de Brachiaria brizantha cv. Marandu submetidos a lotação contínua por bovinos de corte. O experimento foi conduzido no Departamento de Zootecnia da USP/ESALQ. Os tratamentos corresponderam a quatro alturas de dossel (10, 20, 30 e 40 cm) mantidas constantes por meio de lotação contínua e taxa de lotação variável. O delineamento experimental foi o de blocos completos casualizados com quatro repetições. As variáveis estudadas foram: índice de área foliar (IAF), ângulo foliar, interceptação de luz, composição botânica/morfológica da forragem, distribuição vertical dos componentes do dossel forrageiro e acúmulo de forragem. A composição da massa de forragem dos pastos não apresentou grande variação entre tratamentos, principalmente no que diz respeito à porcentagem de hastes (27%) e de folhas (21%). A quantidade absoluta e a porcentagem de material morto em relação aos outros componentes morfológicos do dossel aumentaram do verão (30%) até o início da primavera (61%). Quanto maior a altura do dossel, maior foi o deslocamento dos componentes morfológicos ao longo de seu perfil vertical durante o ano. Reduções acentuadas nos valores de IAF dos pastos mantidos a 20 (5,2 para 1,6), 30 (7,0 para 1,5) e 40 cm (7,5 para 2,1) do verão ao início da primavera, respectivamente, não foram acompanhadas por reduções em interceptação luminosa, que se manteve consistentemente acima de 98%. O componente material morto interferiu de foma significativa na interceptação de luz, além de ter apresentado um padrão "dinâmico" de posicionamento no perfil vertical do dossel ao longo do ano. Essa variação na estrutura vertical do dossel foi tão maior quanto mais altos foram mantidos os pastos, e seu efeito sobre os padrões de interceptação luminosa provocou grandes variações na produção de forragem ao longo do ano. De toda a forragem produzida, 65 e praticamente 100% foi acumulada durante o final da primavera e verão nos pastos mantidos a 10 e 40 cm, respectivamente. A produção total de forragem não diferiu entre os pastos mantidos a 10, 20 e 30 cm (aproximadamente 24 ton.ha-1.ano-1), sugerindo haver grande flexibilidade de manejo para essa espécie forrageira. As modificações no sentido vertical e horizontal na estrutura do dossel forrageiro tiveram impacto maior sobre a distribuição estacional do que propriamente sobre a produção total de forragem. / In a pastoral ecossystem the interception of incident radiation is the first step of a sequence of events that results in herbage production. Several are the factors interfering on the light interception process including sward leaf area index, structure and architecture. The objective of this experiment was to study sward struture, light interception and herbage acummulation of Brachiaria brizantha cv. Marandu pastures submitted to continuous stocking by beef cattle. The experiment was carried out at Departamento de Zootecnia, USP/ESALQ. Treatments correspondended to four sward heights (10, 20, 30 and 40 cm) kept constant through continuous stocking and variable stocking rate, allocated to experimental units according to a complete randomized block design with four replications. The response variables evaluated were sward leaf area index (LAI), foliage angle, light interception, botanical and morphological composition and hebarge production. There was no significant change in hebarge mass composition with stems representing 27% and leaves 21% of the sward. Quantity and proportion of dead material relative to the other sward morphological components increased from Summer (30%) to early Spring (61%). The taller the swards, the larger was the shift in the position of the morphological components across the vertical sward profile throughout the year. Significant reductions in LAI values for the 20 cm (5,2 to 1,6), 30 cm (7,0 to 1,5) and 40 cm swards (7,5 to 2,1) from Summer to early Spring were not followed by reduction in light interception, which remained above 98% consistent by through out the year around. The dead material component played an important role on sward light interception, and its placement across the vertical sward profile exhibited a "dynamic" pattern of variation. This variation was more evident in taller swards and affected sward light interception, resulting in varying seasonalities of herbage production. From the total herbage yield, 65 and 100% was produced during late Spring and Summer on the 10 and 40 cm swards, respectively. There was no difference in total herbage production among swards maintained at 10, 20 and 30 cm (24 ton.ha-1.year-1), sugesting that there is a large flexibilitty in grazing management for Brachiaria brizantha cv. Marandu. Modifications in both vertical and horizontal structure of the sward were more effective in changing the seasonal pattern of herbage production than determining herbage yield.

The replacement of the native vegetation by pastures and silviculture can result in clear changes on the carbon and nitrogen pools, stocks and dynamics. We aimed to assess the impact of the woodland cerrado (cerradão) conversion into pastures and Eucalyptus plantations on the soil organic carbon (SOC) labile pools and dynamics, on the concentrations of N variables and on the potential for nitrogen mineralization (PMN) in the first 200 cm of the soil profile. We also assessed the seasonal variation on the overall variability in soil C and N pools and dynamics. Finally, we investigated the C and N stocks belowground (up to 50 cm depth) and C stocks aboveground. We had three sampling sites in a region originally covered by cerradão physiognomy. Each sampling included a control area (Cerrado) and two land uses (Pasture, Eucalyptus). Soil samples were taken at 0-10, 10-30, 30-50, 50-100 and 100-200 cm depths during the dry and wet climate seasons, from which we used the first three depths for stocks calculation. We also collected litter and herbs+shrubs biomass, and measured the tree biomass for C stocks calculation. Our results showed ~50% reduction of the microbial biomass (MBC) and MBC:SOC for pastures and Eucalyptus plantations, indicating lower SOC stability. Reduction in the dissolved organic carbon (DOC) and DOC:SOC, and increment on the metabolic quotient were also registered for both land uses along the soil profile up to 30 or 50 cm depth. Higher SBR and qCO2 rates are associated to a microbial community under stress. Land use effect on SOC labile pools and dynamics was more marked in the dry season. The inorganic forms of nitrogen (NH4-N and NO3-N) and PMN were significantly affected by land use conversion, with decreases in both land uses compared to native Cerrado, with lower values found in Eucalyptus. Urease activity also decreased with land conversion. The N variables all decreased with depth from 10 to 50 cm depth. Land conversion also resulted in C and N stock losses, and in redistribution among the system compartments. Pastures showed 53% less overall C stock, and Eucalyptus plantations had 20% more. Carbon was mostly stored belowground in pastures, and aboveground in Eucalyptus, as the native Cerrado showed a balanced distribution. Aboveground, C was 94% reduced in pastures compared to Cerrado, and 80% increased in Eucalyptus plantations; belowground, pastures had 19% and 25% reductions in the overall C and N stocks respectively, with significant decreases for the stocks of arboreal C, MBC, coarse root C and N, NO3-N and PMN. Eucalyptus plantations had 23% decrease in C and 19% in N stocks, with significant reductions in the stocks of herbs+shrubs C, MBC, fine and coarse root C, fine root N, NH4-N and PMN. Both land uses had similar overall losses of C and N belowground, which were evident until 50 cm depth, but higher at the 10-30 cm layer. Our results show negative impacts on carbon and nitrogen pools, cycling processes and stocks due to Cerrado conversion to pastures and Eucalyptus plantations / A substituição da vegetação nativa por pastagem e silvicultura pode resultar em mudanças nas concentrações, estoques e dinâmica do carbono e nitrogênio. O objetivo do trabalho foi analisar o impacto da conversão de cerradão em pastagens de braquiária e plantações de eucalipto na dinâmica e na concentração de variáveis da fração lábil do carbono orgânico do solo (SOC), nas concentrações das variáveis de nitrogênio e no seu potencial de mineralização (PMN), para os primeiros 200 cm de profundidade do solo. Foi ainda avaliada a variação sazonal na variabilidade das concentrações e dinâmicas de C e N no solo. Além disso, investigamos os estoques de C e N abaixo do solo (até 50 cm de profundidade) e os estoques de C acima do solo. Nossas amostragens foram realizadas em três áreas de pesquisa, numa região originalmente coberta por cerradão. Cada área de pesquisa era constituída por um sítio controle (Cerrado) e dois usos das terras (pastagem, eucalipto). Amostras de solo foram coletadas nas profundidades de 0-10, 10-30, 30-50, 50-100 e 100-200 cm durante as estações seca e chuvosa, para as análises das frações de C e N; para o cálculo dos estoques de C e N, foram utilizadas somente as três primeiras profundidades. Também coletamos serapilheira e biomassa de herbáceas + arbustos, assim como tiramos medidas das árvores para o cálculo do estoque de C acima do solo. Nossos resultados mostraram uma redução de aproximadamente 50% da biomassa microbiana (MBC) e da taxa MBC:SOC para pastagens e plantios de eucalipto, indicando menor estabilidade do carbono orgânico do solo. Também foram registrados decréscimos para o carbono orgânico dissolvido (DOC) e para as taxas DOC:SOC, além de aumentos para o quociente metabólico em ambos os usos, ao longo do perfil do solo até 30 ou 50 cm de profundidade. Taxas mais altas de respiração edáfica e do quociente metabólico estão associadas a uma comunidade microbiana sob estresse. O efeito do uso das terras nas concentrações e na dinâmica das variáveis lábeis do C orgânico do solo foi mais acentuado na estação seca. As formas inorgânicas de nitrogênio (NH4-N e NO3-N) e PMN foram significativamente afetados pela conversão do uso da terra, com decréscimos em ambos os usos em comparação ao Cerrado nativo, sendo menores os valores encontrados no Eucalipto. A atividade da urese também decresceu com a mudança de uso. Todas as variáveis de N diminuíram com a profundidade de 10 a 50 cm. A conversão de uso também resultou em perdas nos estoques de C e N e em sua redistribuição entre os compartimentos acima e abaixo do solo. O estoque total de C em pastagens reduziu em 53% e nas plantações de eucalipto ocorreu aumento de 20%. O carbono foi armazenado principalmente abaixo do solo em pastagens e acima do solo nos plantios de eucaliptos, enquanto que o Cerrado nativo apresentou uma distribuição equilibrada entre esses dois grandes compartimentos. Na pastagem, foi registrada uma redução de 94% no estoque da biomassa aérea, em comparação com o Cerrado, enquanto que as plantações de eucalipto apresentaram um aumento de 80%; abaixo do solo, as pastagens tiveram reduções de 19% e 25% nos estoques totais de C e N, respectivamente, com decréscimos significativos para o estoque C de árvores, de MBC, de C e N de raizes grossas, de NO3-N e de PMN. As plantações de eucalipto tiveram redução de 23% para o estoque total de C abaixo do solo e de 19% para o estoque de N (abaixo do solo), com reduções significativas para estoque C da biomassa de ervas + arbustos, de MBC, de C de raízes finas e grossas, bem como para os estoque de N de raízes finas, de NH4-N e de PMN. Ambos os usos da terra tiveram perdas totais semelhantes para os estoques de C e N abaixo do solo, que ficaram evidentes até 50 cm de profundidade, porém, mais significativos na camada de 10-30 cm. Nossos resultados demonstraram impactos negativos da conversão do cerrado em pastagens e plantações de eucalipto para as concentrações de carbono e nitrogênio, assim como em seus processos de ciclagem e estoques

Sustainability is one of the biggest goals of humankind in the new millennium. An increasing global demand on agricultural products stimulates agricultural expansion in Brazil, especially in the Southwestern Amazon, namely in the Cerrado and Amazon biomes. A better understanding of biogeochemical cycles and their influence on natural and agricultural systems is key to achieve environmental sustainability and improve agricultural efficiency. These biogeochemical cycles are driven by microbes, and the aim of this thesis was to correlate microbial functional group abundances with differences in carbon, nitrogen, and greenhouse gas cycles in response to land use changes in Southwestern Amazon soils. This work was performed at the University of São Paulo, Brazil, and at the University of Massachusetts Amherst, USA, while the candidate was enrolled in Ph.D. programs at both universities. The thesis is composed of five studies. The first study shows that land use change from Cerrado and forest to agriculture (soybean, Glycine max (L. Merrill), in succession with other crops) or pasture (Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich.) did not reduce soil microbial diversity but changed microbial structure. The second study, a physicochemical background for this land use conversion, describes the alteration of C and N stocks, soil chemical parameters, and microbiological parameters such as biomass, biological C stocks, and changes in the abundance of prokaryotes and fungi. In the third and fourth studies microcosm experiments depict how the agricultural change to soybean and Brachiaria alter the original microbial structure found in forest or cerrado. These studies focused on abundances of key biogeochemical genes (amoA, nirK, nirS, norB, nosZ, mcrA, and pmoA) and correlated gene copy abundances with C, N, and GHG measurements. In the fifth study, in situ soil surveys and GHG samplings were used to characterize the changes from forest to pasture (B. brizantha, 25 years) or soybean crop system (for 2 years or 25 years in succession). We found correlations between genes and processes, indicating that gene abundances provide important microbial information for the understanding of the targeted biogeochemical cycles. Land use, rather than plant species, promotes alterations in microbial gene abundances and processes. During the survey period, forest exhibited higher microbial activity, resulting in higher nitrate availability and N2O emissions. These processes were correlated with higher abundances of process related genes. Nitrate and N2O emissions were lower in agricultural and pasture soils. CO2 emission was higher in the two-year-old soybean plot. The forest and two-year-old soybean plots acted as a sink for CH4, while the pasture plots represented a source of it. The results validated the use of gene abundance determination as a valuable tool to better understand C, N, and GHG processes. The genes nirK, nosZ, and 16S rRNA presented the best correlations with the processes. A larger temporal and spatial analysis is needed to infer statements on the processes dynamics due to land use change. For the first time gene abundance measurements were used to integrate the C, N and GHG cycles, giving insights into land use changes in Southwestern Amazon / Sustentabilidade é um dos maiores objetivos da humanidade no novo milênio. Uma demanda crescente por produtos agrícolas tem estimulado a expansão agrícola no Brasil, especialmente no Sudoeste da Amazônia, nos biomas Cerrado e Amazônia. Um melhor entendimento dos ciclos biogeoquímicos e suas influências em sistemas naturais e agrícolas é chave para se alcançar sustentabilidade ambiental e aumentar eficiência agrícola. Esses ciclos biogeoquímicos são guiados por microrganismos, e o objetivo dessa tese foi correlacionar abundância de grupos funcionais de microrganismos com carbono, nitrogênio e gases de efeito estufa (GEE) em resposta a mudança do uso da terra em solos do sudoeste da Amazônia. Esse trabalho foi realizado na Universidade de São Paulo e na Universidade de Massachusetts Amherst enquanto o doutorando esteve matriculado nas duas universidades. A tese é composta de cinco estudos. O primeiro estudo mostra que a mudança no uso da terra de Cerrado e floresta para agricultura (soja, Glycine max (L. Merrill), em sucessão com outros cultivos) ou pastagem (Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich.) não reduz diversidade microbiana, mas muda sua estrutura. O segundo estudo descreve as alterações nos estoques de C, N, parâmetros químicos e microbiológicos da conversão de Cerrado para agricultura e pastagem. No terceiro e no quarto estudos, microcosmos foram usados para avaliar a influência de soja e braquiária na microbiota dos solos. Genes chaves dos processos biogeoquímicos (amoA, nirK, nirS, norB, nosZ, mcrA, e pmoA) foram quantificados e correlacionados com C, N e GEE. No quinto estudo, coletas in situ de solo e gases foram usadss para caracterizar a mudança do uso da terra de floresta para pastagem (braquiária, 25 anos) e para agricultura (soja, segundo ano, e soja, 25 anos, em sucessão com outras culturas). Correlações entre genes e processos foram encontradas, indicando que abundância gênica fornece importantes informações para o entendimento dos ciclos biogeoquímicos. Mudança no uso da terra como um todo, mais do que a mudança de vegetação, promove as alterações na abundância gênica e processos do solo. Durante o período de coleta, floresta exibiu maior atividade microbiana, resultando em maior disponibilidade de nitrato e emissão de N2O. Esses processos correlacionam com maior abundância dos genes relacionados aos processos. Quantidades de nitrato e N2O foram menores em agricultura e pastagem. As emissões de CO2 foram maiores na área de soja de segundo ano. Os solos de floresta e soja de segundo ano se mostraram como drenos de metano, enquanto que a pastagem foi uma fonte de emissão. Os resultados validam o uso de abundância gênica como uma técnica valiosa para um melhor entendimento dos ciclos do C, N e GEE. Os genes nirK, nosZ, e 16S rRNA apresentaram as melhores correlações com os processos. Uma análise temporal e espacial mais abrangente é necessária para generalizações sobre a dinâmica dos processos na região estudada. Pela primeira vez abundância gênica foi usada para integrar os ciclos do C, N e GEE, colaborando para um melhor entendimento dos processos relacionados à mudança no uso da terra no sudoeste da Amazônia

Foi desenvolvido um estudo com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes sistemas de pastejo e manejo da pastagem sobre o Intervalo Hídrico Ótimo (IHO). A amostragem foi realizada na área experimental do Centro Nacional de Pesquisa de Gado de Corte, unidade da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa Gado de Corte). O solo estudado foi um Latossolo Vermelho Distrófico argiloso. Foram avaliados quatro piquetes, sendo dois no sistema de pastejo contínuo e dois no sistema de pastejo rotacionado, e uma área de cerrado (CN). No sistema de pastejo contínuo, implementado com a espécie Brachiaria decumbens cv. Basilisk, foram retiradas 30 amostras por piquete, obedecendo a uma malha regular de 10 x 10 m, sendo que um dos piquetes não havia recebido adubação de manutenção (Cs) enquanto o outro havia recebido adubação bianual de manutenção (Cc). No sistema de pastejo rotacionado, implementado com a espécie Panicum maximum cv. Tanzânia, foram retiradas 60 amostras por piquete, sendo 30 na posição espacial touceira (t) e 30 na posição espacial entre touceiras (e), obedecendo a uma malha regular de 5 x 10 m. O diferencial entre os piquetes no sistema de pastejo rotacionado foi o resíduo pós pastejo. Em um dos piquetes o resíduo era de 2,0-2,5 Mg matéria seca total (MST) ha -1 (R1), enquanto no outro era de 3,0-3,5 Mg MST ha -1 (R2). No CN foram retiradas 30 amostras obedecendo a uma malha regular de 10 x 10 m. As amostras foram submetidas a um gradiente de tensão de água sendo posteriormente utilizadas nas determinações da densidade do solo (Ds), resistência à penetração de raízes (RP) e umidade volumétrica (qV). Em seguida, os resultados foram utilizados para o ajuste por regressão das curvas de resistência à penetração (CRP) e retenção de água do solo (CRA). Através da CRP e da CRA foi possível quantificar o IHO e a densidade crítica (Dsc), definida como o valor de Ds onde o IHO é igual a zero. O CN apresentou a melhor condição física do solo para o crescimento de plantas, sendo o IHO igual à água disponível. No sistema de pastejo contínuo estudado, a realização de adubação de manutenção não influenciou o IHO, o que foi atribuído às taxas de lotação animal equivalentes nos dois piquetes. O sistema de pastejo rotacionado apresentou as piores condições físicas do solo para o crescimento vegetal, avaliadas pelo critério do IHO. Os maiores valores de Ds e menor IHO foram observados no R1e, o que foi atribuído às taxas de lotação elevadas aplicadas neste piquete. A posição espacial de amostragem (touceira e entre touceiras) não exerceu influência sobre o IHO no R2 enquanto no R1 o IHO foi muito menor entre as touceiras, o que pode ser atribuído ao hábito de crescimento cespitoso da espécie Panicum maximum cv. Tanzânia, deixando parte do solo descoberto e, portanto, sujeito à ação direta do pisoteio dos animais. / A study was developed for evaluating the effect of different grazing systems and pasture management strategies on the Least Limiting Water Range (LLWR). The experimental site was located at the National Beef Cattle Research Center of Brazilian Agricultural Research Corporation (Embrapa Beef Cattle). The soil studied was a clay Oxisol (Typic Acrudox). Five sampling sites were selected: two under continuous grazing system, two under intensive short-duration grazing system, and one under native vegetation "cerrado" (CN). Thirty soil cores were collected in each site under continuous grazing system, established with Brachiaria decumbens cv. Basilisk species. Sampling at continuous grazing sites was performed in a 10 x 10 m regular grid. One of the continuos grazing sites had received biannual fertilization (Cc) while the other was not fertilized (Cs). Sixty soil cores were collected in each site under intensive short-duration grazing system, established with Panicum maximum cv. Tanzânia species, with thirty cores in the spatial position under the plants (up) and thirty cores in the spatial position between the plants (bp). Sampling at intensive short-duration grazing sites was performed in a 5 x 10 m regular grid. The difference between sites in intensive short-duration grazing system was the post-graze stubble. The post-graze stubble was 2,0-2,5 Mg total dry matter (TDM) ha -1 in one site (R1), and 3,0-3,5 Mg TDM ha -1 in the other (R2). Thirty soil cores were collected in CN, in a 10 x 10 m regular grid. The cores were subjected to a soil water suction gradient, and then used for soil bulk density (Db), soil penetration resistance (PR) and volumetric water content (qV) determinations. The data was used for developing soil resistance to penetration curve (SRP) and soil water retention curve (SWR) models doing regression fitting procedures. From SRP and SWR was possible to quantify the LLWR and the critical bulk density value (Dbc) identified as the Db value where LLWR is null. The CN site had the best soil physical condition for plant growth with the LLWR equal to available water. The fertilization did not influenced the LLWR in the continuos grazing system under evaluation, as a consequence of the similar stocking rates at both sites. The intensive short-duration grazing system had the worst soil physical condition for plant growth, as evaluated by the LLWR. The highest Db values and the lowest LLWR were found in R1bp, which may be a consequence of the high stocking rates observed at this site. The spatial sampling position (under the plants and between the plants) did not influenced the LLWR in the R2 site while in R1 the LLWR was much lower between plants. This result is a consequence of the cespitose growth habit of the Panicum maximum cv. Tanzânia species, which leaves part of the soil surface uncovered and subjected to a direct action of animal trampling.

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A Mata Atlântica sofreu e ainda sofre forte pressão antrópica. Atualmente, ocupa no Estado de São Paulo o equivalente a 15% de sua cobertura original. O rio Paraíba do Sul é um dos mais importantes rios da Floresta Atlântica, localizado na região mais desenvolvida do país. Há uma falta de investigações aprofundadas sobre a estruturação e o funcionamento desse rio e de outros rios localizados nessa floresta, como rios de 1ª ordem, que são extremamente importantes, pois conseguem conectar o ambiente terrestre com os rios maiores. Assim, esse trabalho objetivou investigar a distribuição de C e N e outras variáveis físico-químicas nos principais rios localizados na Bacia do Alto Paraíba do Sul: o Rio Paraíba do Sul (RPS) e seus formadores, os rios Paraibuna (RPB) e Paraitinga (RPT), além de investigar a composição química de pequenos rios localizados nas áreas preservadas da Mata Atlântica, comparando-os com os rios de 3ª ordem, e também verificar como a conversão de floresta a pastagem afeta a distribuição de carbono e nitrogênio nesses riachos. Foram realizadas coletas mensais de água durante fevereiro de 2012 a janeiro de 2013, onde foram verificados os valores de pH, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido e temperatura, além da determinação das concentrações de nitrogênio dissolvido total, nitrogênio inorgânico dissolvido, nitrogênio orgânico dissolvido, nitrato, amônio, carbono orgânico dissolvido e carbono inorgânico dissolvido. Foi amostrado, também o material particulado em suspensão nos rios de 3ª ordem e o sedimento de fundo em alguns desses rios, onde foram realizadas análises de ?13C e ?15N, conteúdos de C e N e relação C:N. Quase a totalidade das amostras de amônio apresentaram concentrações abaixo do limite de detecção. Os resultados encontrados mostram diferenças estatísticas entre o rio Paraibuna e os rios Paraitinga e Paraíba do Sul, no que se refere aos valores de condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, temperatura, nitrato, nitrogênio dissolvido total e carbono inorgânico dissolvido. Esses rios apresentaram valores de nitrato, nitrogênio inorgânico, nitrogênio orgânico, nitrogênio dissolvido total, carbono inorgânico dissolvido, pH, condutividade elétrica, oxigênio dissolvido e temperatura diferentes dos rios de 1ª ordem. Entre rios de floresta e pastagem as variáveis carbono inorgânico dissolvido, condutividade elétrica e temperatura foram diferentes. Esses resultados sugerem que o rio Paraibuna difere-se dos outros rios de 3ª ordem, provavelmente porque 55% da área total de sua bacia é ocupada por floresta, enquanto os rios Paraitinga e Paraíba do Sul apresentam grande parte de suas bacias ocupada por pastagem, 57% e 42%, respectivamente. Entretanto, esses rios não apresentam características de rios extremamente alterados, como é o caso de outros rios do estado de São Paulo, localizados em áreas urbanas ou de cana-de-açúcar, que são muito mais impactantes que pastagens. Tanto os rios de 3ª ordem quanto os rios de 1ª ordem apresentam pastagens subutilizadas e que não recebem fertilizantes ou insumos, fazendo, dessa maneira, com que os rios de pastagem não apresentem características tão diferentes dos rios de floresta / The Atlantic Forest suffered and continues suffering anthropogenic pressure. Nowadays, it occupies 15% of its original coverage in the state of São Paulo. The Paraíba do Sul River is one of the most important rivers of the Atlantic Forest, located in the most developed region of the country. There is a lack of deeper studies of the structure and functioning of this and other rivers of this forest, as first order rivers, that are extremely important, because they can connect terrestrial environment to larger rivers. Therefore, the present study aimed to investigate the distribution of C and N and other physicochemical variables of the main rivers located at the Alto Paraíba do Sul Basin: the Paraíba do Sul River (RPS) an its formers, the Paraibuna (RPB) and Paraitinga (RPT) rivers, also investigating the chemical composition of small rivers located in preserved areas of Atlantic Forest, comparing them with third order rivers, and also focused on the verification of how the conversion of forest to pasture affects the distribution of carbon and nitrogen in these streams. Monthly samples of water were taken from February 2012 to January 2013, for verification of pH, electrical conductivity, dissolved oxygen and temperature values, plus the determination of total dissolved nitrogen, inorganic dissolved nitrogen, organic dissolved nitrogen, nitrate, ammonium, organic dissolved carbon and inorganic dissolved carbon concentrations. Suspended particulate material of the 3rd order rivers and their bottom sediment were sampled, for determination of ?13C, ?15N and C and N content, besides the C:N ratio. The majority of ammonium samples presented concentrations below detection limit. The results show significant statistical differences between the Paraibuna and the Paraitinga and Paraiba do Sul rivers, concerning the values of electrical conductivity, dissolved oxygen, temperature, nitrate, total dissolved nitrogen and inorganic dissolved carbon. These 3rd order rivers presented nitrate, inorganic nitrogen, organic nitrogen, total dissolved nitrogen and dissolved inorganic carbon concentrations, plus pH, electrical conductivity, dissolved oxygen and temperature values different from 1st order rivers. Among the forest and pasture rivers the dissolved inorganic carbon concentration, electrical conductivity and temperature values were different. The results suggest that the Paraibuna River differs from the other two 3rd order rivers, probably because 55% of its total basin area is covered with forest, while the Paraitinga and Paraiba do Sul rivers present a great part of their basin area occupied with pastures, 57% and 42%, respectively. Nevertheless, these rivers did not present characteristics of extremely altered rivers, which is the reality of other rivers of the State of São Paulo, located in urban or sugar cane crop areas, which can cause much more impacts to rivers than pasture. The 3rd and 1st order rivers present sub utilized pasture that do not receive fertilizers, thereby, being the probable cause why pasture rivers are not so different from the forest rivers

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective was to assess the technical feasibility of finishing lambs fed exclusively concentrate in feedlot or on pasture and the effect of these diets on carcass characteristics, meat quality and implications in terms of the welfare of animals. Lambs, crosses Texel and Ile de France were used. The diet of the confined animals consisted of 77.4% of corn grain; 20.2% of soybean meal; 1.4% of limestone, and 1.0% of sodium bicarbonate. In the pasture finishing system, natural pasture + annual ryegrass were used. Regarding the technical feasibility, the feedlot system was superior, showed greater weight gain, better conversion rates and feeding efficiency, fewer days to reach slaughter weight and better carcass characteristics. The amount of sodium bicarbonate used in the feedlot diet was not sufficient to regulate ruminal pH. Regarding the quality of the meat, the feeding system did not influence the carcass final pH, losses for defrosting and cooking elasticity and meat color. The meat produced in feedlot was more tender. Regarding types of meat characteristics that relate to consumer health, the lamb meat produced on pasture was superior, since it had 40.8% less fat, higher protein content, lower cholesterol content, higher percentage of fatty acids of long and very long chain, n-3 fatty acids, best n6: n3 ratio and best atherogenicity and thrombogenicity rates. As for the behavior, the animals finished in feedlot reduced rumination time, increased stereotyped behavior and showed depraved appetite; when assessed in relation to physiological parameters after 51 days fed exclusive concentrate, animals in feedlot had higher levels of serum cortisol in relation to animals rearing on the natural pasture. The pasture finishing system has a higher percentage of compliance in relation to world protocols of animal walfare and five freedom theory. The feeding systems used have technical feasibility for finishing lambs in different seasons and influence carcass characteristics, meat quality and related to animal welfare, resulting in meat and carcass with different characteristics. / Objetivou-se avaliar a viabilidade técnica da terminação de cordeiros em confinamento com dieta exclusiva de concentrado ou a pasto e o efeito destas dietas nas características da carcaça, qualidade da carne e implicações nas condições de bem-estar dos animais. Foram utilizados cordeiros cruza Texel e Ile de France. A dieta dos animais confinados foi constituída de 77,4% de grão de milho; 20,2% de farelo de soja; 1,4% de calcário calcítico e 1,0% de bicarbonato de sódio. No sistema a pasto, foi utilizada pastagem natural na recria e azevém (Lolium multiflorum Lam.) na terminação. Em relação à viabilidade técnica, o sistema de confinamento foi superior, apresentou maior ganho médio diário, melhores valores de conversão e eficiência alimentar, número menor de dias para chegar ao peso de abate e melhores características de carcaça. A quantidade de bicarbonato de sódio utilizada na dieta do confinamento, não foi suficiente para regular o pH ruminal. Em relação à qualidade da carne, o sistema de alimentação não influenciou o pH final da carcaça, as perdas por descongelamento e cocção, a elasticidade e a cor da carne. A carne produzida em confinamento foi mais macia. Em relação ás características da carne que se relacionam com a saúde do consumidor, a carne ovina produzida a pasto foi superior, uma vez que apresentou 40,8% menos gordura, maior teor de proteína, menor teor de colesterol, maior percentual de ácidos graxos de cadeia longa e muito longa, de ácidos graxos n-3, melhor relação n6:n3 e melhores índices de aterogenicidade e trombogenicidade. Em relação ao comportamento, os animais terminados em confinamento reduziram o tempo de ruminação, aumentaram comportamento estereotipado e apresentaram apetite depravado. Quando avaliados em relação aos parâmetros fisiológicos, após 51 dias de dieta exclusiva de concentrado, os animais do confinamento apresentaram níveis superiores de cortisol sérico em relação aos animais em recria na pastagem natural. O sistema de terminação a pasto apresenta maior percentual de conformidades em relação aos protocolos mundias de bem-estar animal e teoria das cinco liberdades. Os sistemas de alimentação utilizados apresentam viabilidade técnica para terminação de cordeiros em diferentes épocas do ano e influenciam caracteristicas de carcaça, de qualidade da carne e relacionadas ao bem-estar dos animais, originando carnes e carcaças com características diferentes.

The integration between agriculture and cattle-raising has growing up in the last few years in Rio Grande do Sul state, Brazil. With the aim to evaluate the changes in some physical soil properties caused by different summer crop systems and pasture winter grazing frequencies, an experiment was carried out in Jari, central part of the state, in a Nitosol. The summer crop systems used, under no till, were: continuous soybean (MS), soybean-corn in crop rotation system (RS), continuous corn (MM), and corn-soybean crop rotation system (RM). The grazing frequencies used were: no graze (SP), graze at 28-day intervals (P28) and graze at 14-day intervals (P14). Winter pasture used was a mixture of black oat and ryegrass, under two nitrogen fertilization levels: 0 kg N ha-1 (0N) and 200 kg N ha-1 (200N). After two years of winter pasture utilization, soil water infiltration rate decreased significantly when the pasture were more frequently grazed (P14), compared with no grazed areas (SP), with values changing from 63 to 35 mm h-1. Soil bulk density, total porosity and microporosity showed low sensibility in detect soil compacted layers, caused by cattle trampling. Soil macroporosity, at 0-5 cm depth, had significant reduction, changing from 0,17 to 0,08 dm3 dm-3, in no grazed and graze at 14-day intervals areas, respectively. Soil penetration resistance observed after the grazing period, showed the compressive effect of cattle trampling, hitting values of 2,64 MPa in P14 and 2,67 MPa in P28, in the second year of the experiment. Aggregate geometric mean diameter was not affected by any used treatment. Except corn yield in P14, that had the smaller yield, yields at all were lower in P14 and P28, in comparison with SP. However no significant differences were observed. A tendency in highest yields was observed when crop rotations were used, even to corn or soybean. The results obtained showed that the integration between agriculture and cattle-raising is feasible, since the winter pasture management used be adequate, and the crop rotation be present. Key words: Integrated agriculture cattle-raising system, no tillage, cattle trampling, soil compaction, winter pasture. / A integração lavoura-pecuária tem ganhado impulso nos últimos anos no RS. Com o objetivo de avaliar o impacto de diferentes sistemas de culturas de verão e de freqüências de pastoreio na pastagem de inverno, em alguns atributos físicos do solo, executou-se um experimento de campo no município de Jari RS, em um Argissolo Vermelho-amarelo. Os sistemas de culturas de verão utilizados, sob sistema plantio direto, foram: Monocultura de Soja (MS), Monocultura de Milho (MM), Rotação de cultura com Soja e milho (RS), e Rotação de cultura com Milho e soja (RM). As freqüências de pastoreio utilizadas foram: Sem Pastoreio (SP), Pastoreio em intervalos de 28 dias (P28) e Pastoreio a cada 14 dias (P14). A pastagem utilizada foi um consórcio forrageiro de inverno (aveia preta e azevém), submetido a duas doses de adubação nitrogenada: 0 kg N ha-1 (0N) e 200 kg N ha-1 (200N). Após dois anos de avaliações do experimento, a infiltração de água no solo sofreu significativa redução quando da utilização de uma maior freqüência de pastoreio (P14), em comparação com áreas não pastejadas (SP), passando de 63 mm h-1 para 35 mm h-1. A densidade, porosidade total e microporosidade do solo mostraram-se menos sensíveis na detecção de compactação do solo pelo pisoteio bovino. Já a macroporosidade do solo, na camada de 0-5 cm, sofreu redução significativa, passando de 0,17 para 0,08 dm3 dm-3, da área não pastejada (SP) para a área pastejada a cada 14 dias (P14), respectivamente. A resistência do solo à penetração observada após o período de pastejo, demonstrou o efeito compactador do pisoteio bovino, chegando a valores de 2,64 MPa no P14 e 2,67 MPa no P28, no segundo ano do experimento. O diâmetro médio geométrico de agregados não foi significativamente alterado pelos tratamentos aplicados. Com exceção da produtividade do milho no tratamento P14 com 0N, a produção de grãos sofreu influência direta do pisoteio bovino, sendo menor no P14 e P28, porém não havendo diferenças estatísticas significativas em relação à produção nas áreas não pastejadas (SP). Observou-se uma tendência à maior produção nas áreas de rotação de culturas, em comparação com a produção obtida com a utilização de monoculturas, tanto para milho quanto para soja. Os resultados obtidos indicam que o sistema de integração lavoura-pecuária é viável, desde que o manejo das pastagens de inverno seja adequado, e que se utilize rotação de culturas no verão.