Este estudo teve como objetivo verificar as diferenças ecofisiológicas entre duas espécies de gramíneas do campo nativo, com relação a alterações climáticas sazonais e diferentes níveis de adubação nitrogenada. Dois experimentos foram realizados, um a campo com 2 espécies e 5 níveis de adubação, fixados com relação a recomendação ROLAS para o campo nativo, onde foram medidas a taxa fotossintética fotossaturada (ACO2) e o conteúdo de clorofilas da folha a cada estação, e a taxa de crescimento relativo no verão. Um outro, em casa de vegetação com 2 espécies e 3 níveis de adubação, fixados de acordo com a recomendação para o experimento à campo. Neste experimento foram realizadas curvas de resposta à luz e CO2. As respostas fotossintéticas obtidas ao longo do ano são produto de uma interação entre as características fenológicas das espécies e as respostas fisiológicas à variação sazonal do clima. Os maiores valores de A002 por área foliar foram obtidos no verão e, no inverno, as menores, tanto em unidade de área como em unidade de massa seca de folha. As plantas de P. urvillei apresentaram as maiores A002 durante o ano e a maior taxa de crescimento relativo, vantagens possivelmente conferidas pelo metabolismo C4. Ambas as espécies direcionaram o nitrogênio disponibilizado para a promoção de aumento na capacidade de carboxilação, não investindo em captação de luz. A adubação com 200 kgN ha-1 foi satisfatória para promover ganhos em capacitação fotossintética para ambas as espécies, enquanto 400 kgN ha-1 ocasionaram uma queda na capacidade fotossintética para P. montevidense. / This study was designed to analyze the ecophysiological differences between two native grass species at Rio Grande do Sul in relation to the seasonal variation in climate and different leveis of nitrogen availability. Two experiments were performed, field and greenhouse with 2 species and 5 leveis of nitrogen (field), or 2 species and 3 leveis of nitrogen (greenhouse). Fotossaturated photosynthetic rates (A002) and leaf chlorophyll content were measured throughout the year and the relative growth rate during the summer on the field experiment. On the greenhouse we measured photosynthetic light and CO2 response curves. Seasonal photosynthetic responses are a mixture of the phenology of the species and the physiological responses to the climate's seasonal variation. The highest values of ACO2 per unit leaf area were attained during the summer, whereas the winter showed the Iowest values either on a leaf area or weight basis. P. urvillei showed the highest values of ACO2 throughout the year as well as the highest relative growth rate. These advantages are probably due to it's C4 metabolic pathway. Both species showed investments in carboxylation capacity with increases in nitrogen availability. 200 kgN ha-1 was satisfactory to improve photosynthesis on both species. 400 kg ha-1, however, caused a depression on the photosynthetic rates of P. montevidense.

Studies in grassland management and ecology have always been challenging because of the large amount and great variation of the entities representing and affecting the system. Despite that, we were able to progress significantly in range experimentation in the Campos, in Southern Brazil. Along past thirty years, a large amount of data and information was generated, from vegetation production to components of intake. In an attempt to integrate the information available, seeking for a deeper understanding of the functioning of native grasslands, we propose adapting a mechanistic vegetation model, aggregated of a spatialized grazing component to create PampaGraze. This model was developed for temperate perennial grasslands, and was adapted and tested for subtropical, C4-dominated grasslands of the Campos of Southern Brazil (Chapter III). Despite the limited capacity of field data for validating, the model was able to relatively well simulate the trends in vegetation production along the year and seasons, while overpredicting herbage production during peak growing season. The structure of the model as it is did not allow for an accurate simulation slow-growing, tussock-forming species. Further, we developed and integrated a grazing model, based on a hybrid approach of the classical mechanistic equations of the prey model (STEPHENS & KREBS, 1986), and experimental data on foraging behaviour measured on native grasslands (Chapter IV). The model was very successful on predicting the components of intake, and responded well to variation of components in relation to changes in vegetation and to selectivity pressures, compared to available literature. Regardless of the limitations on the vegetation model, we were able to further explore the relationships of components of intake, identifying possible major limitations for herbage consumption, thus animal performance, in native grasslands. A significant progress was achieved with this thesis, but still long ways to go with this project. A list of suggestions for further developments can be found in Chapter V. We identified the emergent needs for field studies on parameters and morphogenesis, for improving predictions of the vegetation model, as well as structural points of the model that could be addressed for better representation of natural phenomena. This thesis is the first step towards a more detailed and reliable tool for studying and predicting the behaviour of vegetation dynamics and animal production in sub-tropical grasslands. This can allow us to explore relationships and scenarios beyond our experimental capacity, and investigate the connectivity of the system, as well as each mechanism separately. The stage has been set, awaiting further developments.

Em um ecossistema pastoril natural, entender as relações entre a produção primária, o processo de pastejo e o ambiente é de inegável importância, pois a compreensão destes fatores influenciará no correto gerenciamento dos ambientes pastoris, garantindo a produtividade e contribuindo para a segurança alimentar. O experimento foi conduzido na Estação Experimental Agronômica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (EEA-UFRGS), município de Eldorado do Sul, Rio Grande do Sul, Brasil, em uma pastagem natural heterogênea, característica do Bioma Pampa. O objetivo do trabalho foi compreender os fluxos de biomassa, bem como, determinar as características morfogênicas e entender o processo de desfolhação. Duas espécies de gramíneas mais representantes do Bioma, pertencentes a dois grupos funcionais distintos: paspalum notatum, representando as espécies utilizadoras de recursos, e andropogon lateralis, representando as conservadoras de recursos, foram avaliadas. Os tratamentos consistiram de quatro ofertas de forragem: 4, 8, 12 e 16% (kg de matéria seca para cada 100 kg de peso vivo animal), manejados sob pastoreio contínuo, dispostos em um delineamento em blocos casualizado, em arranjo fatorial 4X2, com duas repetições Adotou-se a técnica de perfilhos marcados, com 30 perfilhos marcados por espécie, distribuídos em três transectas por unidade experimental. Houve interação entre oferta de forragem e espécie forrageira para taxa de elongação foliar, comprimento final de folhas e densidade de perfilhos (P<0,05). A maioria das características morfogênicas apresentou diferença entre espécies, sendo maiores para a espécie utilizadora de recursos (P. notatum). As ofertas de forragem influenciaram as taxas de senescência, número de folhas senescentes e de folhas novas surgidas por perfilho. O filocrono encontrado foi de 208,3 ºC para P. notatum e, 366,2 ºC para A. lateralis. Houve diferença entre espécies para o intervalo entre desfolhas sucessivas, sendo de 25 dias para P. notatum e 27 dias para A. lateralis (P=0,0140), bem como para intensidade de desfolha, de 52% para P. notatum e 61% para A. lateralis. Os fluxos de biomassa apresentaram interação oferta de forragem e espécie forrageira para os fluxos de senescência e consumo. O balanço final do fluxo de biomassa (crescimento menos senescência e consumo) apresentaram balanço negativo tanto para ofertas como entre os grupos funcionais estudados. / Understanding the relationship between pasture primary production, the grazing process and the environment in natural pastoral ecosystems is of undeniable importance, since the interactions between these factors will influence the correct ecosystems management, ensuring productivity and contributing to food security. The study was carried out at the Experimental Station of the Federal University of Rio Grande do Sul (EEA-UFRGS), in the municipality of Eldorado do Sul, Rio Grande do Sul state, Brazil, in a natural heterogeneous grassland typical of the Pampa Biome. The aim of this study was to understand the biomass fluxes, as well as to determine morphogenetic characteristics and to understand the defoliation process. Two species of grasses with different growth strategies: paspalum notatum, representing higher growth species (or acquisitive resource plant strategy) and andropogon lateralis, representing lower growth species (or conservative resource plant strategy), were evaluated. Treatments consisted of four forage allowances: 4, 8, 12 and 16% (kg of dry matter per 100 kg of animal live weight), managed under continuous grazing. We used the marked tillers technique, with 30 tillers per species and per treatment, divided into three transects The experimental design was a randomized complete block with factorial arrangement 4x2, in two replicates. There was interaction between forage allowance and species for leaf elongation rate, leaf final length and tiller density (P<0.05). Most of the morphogenetic characteristics presented differences between the species, being higher for the acquisitive resource plant strategy (P. notatum). The forage allowances influenced senescence rates, number of senescent leaves and new leaves emerged per tiller. The phyllochron was 208.3 ºC for P. notatum and 366.2 ºC for A. lateralis. There were differences in the interval between two successive defoliation, being 25 days for P. notatum and 27 days for A. lateralis (P=0,0140), and defoliation intensity, of 52% for P. notatum and 61% for A. lateralis. The biomass fluxes showed interaction forage allowance specie for the variables senescence flow and consumption flow. The final balance of the biomass flow (growth minus senescence and consumption) presented a negative balance both for forage allowances and between the functional groups studied.

A região fisiográfica dos Campos de Cima da Serra no Estado do Rio Grande do Sul destaca-se pela sua beleza natural e sua biodiversidade. No entanto, informações sobre a dinâmica da matéria orgânica do solo (MOS) neste ambiente são escassas. O objetivo deste trabalho é caracterizar e quantificar a MOS de horizontes A de solos desta região, visando identificar os fatores que governam sua qualidade e teor. Foram coletadas oito amostras pertencentes a quatro classes de solo (Gleissolo, Neossolo, Cambissolo, Latossolo) situados entre 900 e 1250 m de altitude. As amostras de solo inteiro e as tratadas com solução de HF 10% foram analisadas por análise elementar e por espectroscopia de infra-vermelho com transformada de Fourier (FTIR). A composição química da MOS foi determinada por espectroscopia de RMN 13C. O teor de C do solo foi alto (4 a 23 %) e sua variação apresentou correlação estatisticamente significativa com a altitude e com o teor de Al trocável. Provavelmente, a MOS destes solos é estabilizada pela complexação com Al. Em todos os solos, a MOS caracteriza-se pelo alto teor de grupos C O-alquil (52 a 59%) e pelo baixo grau de aromaticidade, evidenciando um baixo grau de decomposição. Em relação às frações químicas da MOS, as amostras tendem a apresentar altas proporções de substâncias húmicas solúveis em NaOH (27 a 96%). Os ácidos húmicos, em comparação aos ácidos fúlvicos, predominam em solos com maior teor de C (> 8%) e se associam preferencialmente com Fe (iônico ou coloidal). Nos solos com C < 7%, a fração de ácidos fúlvicos predomina sobre a de ácidos húmicos, sendo que o Al iônico está associado quase que exclusivamente com esta fração húmica. / The physiographic region of the Campos de Cima da Serra in the State of Rio Grande do Sul stands out by its natural beauty and biodiversity. Nevertheless, informations about the dynamics of the soil organic matter (SOM) in this environment are scarce. The objective of this work is to characterize and quantify the SOM of A horizons under native pasture located in this region, aiming to identify the factors that affect its quality and its content. Eight samples from four soil classes (Gleissolo, Neossolo, Cambisslo and Latossolo) located between 900 and 1200 m of altitude were collected. Whole soil and 10% HF-treated samples were analised by elemental analyses and Fourier transformed infra-red espectroscopy (FTIR). The SOM chemical composition was determined by 13C NMR spectroscopy. The soil C content was high (4 to 23 %) and its variation presented a statiscally significant correlation with altitude and with the content of exchangeable Al. Probably, the complexation with ionic Al is stabilizing the SOM. In all soils, the SOM shows a high content of O alquil groups (52 to 59%) and a low aromaticity degree, evidencing a low decompostion degree. Concerning the chemical fractions of the SOM, the proportions of humic substances extracted by NaOH tend to be high (27 to 96%). In comparison to fulvic acids, the humic acids predominate in soils with greater C content (>8%) and are associated preferentially with Fe (either ionic or coloidal). In soils with C< 7 %, the fuvic acids are comparativelly more abundant, and the organic bound ionic Al is almost exclusively associated with this fraction.

Os objetivos do trabalho foram: compara as respostas eco-fisiológicas entre espécies de gramíneas nativas de rota metabólica C4 e C3, em diferentes níveis de disponibilidade de nitrogenio; obter respostas eco-fisiológicas relacionadas ao crescimento, como a fotossintese, o peso especifico de folha, a produção de biomassa aérea e de raízes; determinar o mecanismo da intereação competitiva entre as espécies C3 e C4; apontar a espécie melhor competidora atráves do modelo de competição R* de Tilman (1988).

Este trabalho buscou consolidar a hipótese de que nas formações campestres nativas do Rio Grande do Sul, não só a aferta de MS, mas também a estrutura da pastagem, são determinantes do desempenho animal, e que esta estrutura pode ser manipulada através de alterações estacionais na oferta.

Studies in grassland management and ecology have always been challenging because of the large amount and great variation of the entities representing and affecting the system. Despite that, we were able to progress significantly in range experimentation in the Campos, in Southern Brazil. Along past thirty years, a large amount of data and information was generated, from vegetation production to components of intake. In an attempt to integrate the information available, seeking for a deeper understanding of the functioning of native grasslands, we propose adapting a mechanistic vegetation model, aggregated of a spatialized grazing component to create PampaGraze. This model was developed for temperate perennial grasslands, and was adapted and tested for subtropical, C4-dominated grasslands of the Campos of Southern Brazil (Chapter III). Despite the limited capacity of field data for validating, the model was able to relatively well simulate the trends in vegetation production along the year and seasons, while overpredicting herbage production during peak growing season. The structure of the model as it is did not allow for an accurate simulation slow-growing, tussock-forming species. Further, we developed and integrated a grazing model, based on a hybrid approach of the classical mechanistic equations of the prey model (STEPHENS & KREBS, 1986), and experimental data on foraging behaviour measured on native grasslands (Chapter IV). The model was very successful on predicting the components of intake, and responded well to variation of components in relation to changes in vegetation and to selectivity pressures, compared to available literature. Regardless of the limitations on the vegetation model, we were able to further explore the relationships of components of intake, identifying possible major limitations for herbage consumption, thus animal performance, in native grasslands. A significant progress was achieved with this thesis, but still long ways to go with this project. A list of suggestions for further developments can be found in Chapter V. We identified the emergent needs for field studies on parameters and morphogenesis, for improving predictions of the vegetation model, as well as structural points of the model that could be addressed for better representation of natural phenomena. This thesis is the first step towards a more detailed and reliable tool for studying and predicting the behaviour of vegetation dynamics and animal production in sub-tropical grasslands. This can allow us to explore relationships and scenarios beyond our experimental capacity, and investigate the connectivity of the system, as well as each mechanism separately. The stage has been set, awaiting further developments.

Este estudo teve como objetivo verificar as diferenças ecofisiológicas entre duas espécies de gramíneas do campo nativo, com relação a alterações climáticas sazonais e diferentes níveis de adubação nitrogenada. Dois experimentos foram realizados, um a campo com 2 espécies e 5 níveis de adubação, fixados com relação a recomendação ROLAS para o campo nativo, onde foram medidas a taxa fotossintética fotossaturada (ACO2) e o conteúdo de clorofilas da folha a cada estação, e a taxa de crescimento relativo no verão. Um outro, em casa de vegetação com 2 espécies e 3 níveis de adubação, fixados de acordo com a recomendação para o experimento à campo. Neste experimento foram realizadas curvas de resposta à luz e CO2. As respostas fotossintéticas obtidas ao longo do ano são produto de uma interação entre as características fenológicas das espécies e as respostas fisiológicas à variação sazonal do clima. Os maiores valores de A002 por área foliar foram obtidos no verão e, no inverno, as menores, tanto em unidade de área como em unidade de massa seca de folha. As plantas de P. urvillei apresentaram as maiores A002 durante o ano e a maior taxa de crescimento relativo, vantagens possivelmente conferidas pelo metabolismo C4. Ambas as espécies direcionaram o nitrogênio disponibilizado para a promoção de aumento na capacidade de carboxilação, não investindo em captação de luz. A adubação com 200 kgN ha-1 foi satisfatória para promover ganhos em capacitação fotossintética para ambas as espécies, enquanto 400 kgN ha-1 ocasionaram uma queda na capacidade fotossintética para P. montevidense. / This study was designed to analyze the ecophysiological differences between two native grass species at Rio Grande do Sul in relation to the seasonal variation in climate and different leveis of nitrogen availability. Two experiments were performed, field and greenhouse with 2 species and 5 leveis of nitrogen (field), or 2 species and 3 leveis of nitrogen (greenhouse). Fotossaturated photosynthetic rates (A002) and leaf chlorophyll content were measured throughout the year and the relative growth rate during the summer on the field experiment. On the greenhouse we measured photosynthetic light and CO2 response curves. Seasonal photosynthetic responses are a mixture of the phenology of the species and the physiological responses to the climate's seasonal variation. The highest values of ACO2 per unit leaf area were attained during the summer, whereas the winter showed the Iowest values either on a leaf area or weight basis. P. urvillei showed the highest values of ACO2 throughout the year as well as the highest relative growth rate. These advantages are probably due to it's C4 metabolic pathway. Both species showed investments in carboxylation capacity with increases in nitrogen availability. 200 kgN ha-1 was satisfactory to improve photosynthesis on both species. 400 kg ha-1, however, caused a depression on the photosynthetic rates of P. montevidense.

Em um ecossistema pastoril natural, entender as relações entre a produção primária, o processo de pastejo e o ambiente é de inegável importância, pois a compreensão destes fatores influenciará no correto gerenciamento dos ambientes pastoris, garantindo a produtividade e contribuindo para a segurança alimentar. O experimento foi conduzido na Estação Experimental Agronômica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (EEA-UFRGS), município de Eldorado do Sul, Rio Grande do Sul, Brasil, em uma pastagem natural heterogênea, característica do Bioma Pampa. O objetivo do trabalho foi compreender os fluxos de biomassa, bem como, determinar as características morfogênicas e entender o processo de desfolhação. Duas espécies de gramíneas mais representantes do Bioma, pertencentes a dois grupos funcionais distintos: paspalum notatum, representando as espécies utilizadoras de recursos, e andropogon lateralis, representando as conservadoras de recursos, foram avaliadas. Os tratamentos consistiram de quatro ofertas de forragem: 4, 8, 12 e 16% (kg de matéria seca para cada 100 kg de peso vivo animal), manejados sob pastoreio contínuo, dispostos em um delineamento em blocos casualizado, em arranjo fatorial 4X2, com duas repetições Adotou-se a técnica de perfilhos marcados, com 30 perfilhos marcados por espécie, distribuídos em três transectas por unidade experimental. Houve interação entre oferta de forragem e espécie forrageira para taxa de elongação foliar, comprimento final de folhas e densidade de perfilhos (P<0,05). A maioria das características morfogênicas apresentou diferença entre espécies, sendo maiores para a espécie utilizadora de recursos (P. notatum). As ofertas de forragem influenciaram as taxas de senescência, número de folhas senescentes e de folhas novas surgidas por perfilho. O filocrono encontrado foi de 208,3 ºC para P. notatum e, 366,2 ºC para A. lateralis. Houve diferença entre espécies para o intervalo entre desfolhas sucessivas, sendo de 25 dias para P. notatum e 27 dias para A. lateralis (P=0,0140), bem como para intensidade de desfolha, de 52% para P. notatum e 61% para A. lateralis. Os fluxos de biomassa apresentaram interação oferta de forragem e espécie forrageira para os fluxos de senescência e consumo. O balanço final do fluxo de biomassa (crescimento menos senescência e consumo) apresentaram balanço negativo tanto para ofertas como entre os grupos funcionais estudados. / Understanding the relationship between pasture primary production, the grazing process and the environment in natural pastoral ecosystems is of undeniable importance, since the interactions between these factors will influence the correct ecosystems management, ensuring productivity and contributing to food security. The study was carried out at the Experimental Station of the Federal University of Rio Grande do Sul (EEA-UFRGS), in the municipality of Eldorado do Sul, Rio Grande do Sul state, Brazil, in a natural heterogeneous grassland typical of the Pampa Biome. The aim of this study was to understand the biomass fluxes, as well as to determine morphogenetic characteristics and to understand the defoliation process. Two species of grasses with different growth strategies: paspalum notatum, representing higher growth species (or acquisitive resource plant strategy) and andropogon lateralis, representing lower growth species (or conservative resource plant strategy), were evaluated. Treatments consisted of four forage allowances: 4, 8, 12 and 16% (kg of dry matter per 100 kg of animal live weight), managed under continuous grazing. We used the marked tillers technique, with 30 tillers per species and per treatment, divided into three transects The experimental design was a randomized complete block with factorial arrangement 4x2, in two replicates. There was interaction between forage allowance and species for leaf elongation rate, leaf final length and tiller density (P<0.05). Most of the morphogenetic characteristics presented differences between the species, being higher for the acquisitive resource plant strategy (P. notatum). The forage allowances influenced senescence rates, number of senescent leaves and new leaves emerged per tiller. The phyllochron was 208.3 ºC for P. notatum and 366.2 ºC for A. lateralis. There were differences in the interval between two successive defoliation, being 25 days for P. notatum and 27 days for A. lateralis (P=0,0140), and defoliation intensity, of 52% for P. notatum and 61% for A. lateralis. The biomass fluxes showed interaction forage allowance specie for the variables senescence flow and consumption flow. The final balance of the biomass flow (growth minus senescence and consumption) presented a negative balance both for forage allowances and between the functional groups studied.

As gramíneas do gênero Paspalum são as principais constituintes das pastagens nativas em vários países das Américas, fornecendo excelente forragem nas pastagens naturais destas regiões. Além disso, possuem grande potencial para exploração em programas de melhoramento genético visando o estabelecimento de pastagens cultivadas. No entanto, a apomixia é o modo de reprodução predominante nas espécies poliplóides de Paspalum, o que dificulta a recombinação gênica. Assim, o emprego de hibridações, quando um dos genitores apresenta reprodução sexuada, pode gerar variabilidade e possibilitar a seleção de progênies elite, com a fixação dos caracteres de interesse através da apomixia. A descoberta de plantas diplóides sexuais de Paspalum plicatulum e sua indução à tetraploidia obtida a partir destes, tornaram possível cruzamentos interespecíficos entre várias espécies do grupo Plicatula a nível tetraplóide. O objetivo deste estudo foi avaliar a magnitude de expressão de caracteres de interesse forrageiro de híbridos interespecíficos (P. plicatulum x P. guenoarum) obtidos por meio de cruzamentos entre espécies do grupo Plicatula em diferentes ambientes e anos de avaliação. Os resultados indicaram que as variáveis massa seca total e massa seca de folhas apresentam maior magnitude na identificação dos genótipos com características agronômicas desejáveis recebendo grande influência da interação genótipo e ano de cultivo. A seleção a partir do segundo ano em híbridos interespecíficos de Paspalum é a mais indicada, considerando a expressão do seu potencial produtivo. A produção de massa seca total é o caráter que mais se correlaciona com a produção de massa seca de folhas em genótipos de Paspalum. Os híbridos que apresentam caracteres agronômicos superiores, principalmente para a produção de forragem e tolerância ao frio, demonstram potencial para serem lançados como cultivares, pois já possuem os caracteres desejados fixados pela apomixia. Além disso, podem ser utilizados em novos cruzamentos com plantas sexuais superiores dentro do programa de melhoramento, visando a obtenção de novos recombinantes elites. / The grasses of the genus Paspalum are the main constituents of the native pastures in several countries of the Americas, providing excellent forage on these regions. Furthermore, they have great potential for exploitation in breeding programs for the establishment of cultivated pastures. However, apomixis is the predominant mode of reproduction in polyploid species of Paspalum, which hampers genetic recombination. Thus, the use of hybridizations, when one parent has sexual reproduction, may generate variability and enable the selection of elite progenies, with characteristics of interest fixed by apomixis. The discovery of sexual diploid Paspalum plicatulum and its induction of tetraploidy, madepossible interspecific crosses between various species of the group Plicatula at the tetraploid level. The objective of this study was to evaluate the magnitude of expression of characters of forage interest of interspecific hybrids (P. plicatulum x P. guenoarum) obtained by crosses between species of the Plicatula group in different environments and years of evaluation. The results indicated that total dry mass and dry mass of leaves variables showed variability in identifying genotypes with desirable agronomic characteristics, received significant influence of genotype and year of cultivation. A selection from the second year in interspecific hybrids of Paspalum is more appropriate, considering the expression of their productive potential. The total dry mass is the character that most closely correlates with the production of dry mass of leaves in genotypes of Paspalum. The hybrids showing superior agronomic traits, primarily for forage production and cold tolerance, demonstrate potential to be released as cultivars, since they already have the desired characters fixed by apomixis. Besides, could also be used for new crosses with superior sexual plants within the breeding program aiming to obtain new elite recombinant.