L’environnement et la physiologie déterminent les compositions isotopiques du Ca de l’organisme des vertébrés et des mammifères en particulier. Ces constats ont permis de dégager des applications possibles de l’étude des isotopes du Ca, en biologie médicale pour le suivi de l’équilibre osseux chez les mammifères et en (paléo-)écologie pour l’étude des régimes alimentaires actuels et passés des vertébrés. Ces applications sont tributaires d’une meilleure compréhension fondamentale des causes de ces variations. Cette thèse a pour but de déterminer les principales causes de variabilité des compositions isotopiques du Ca chez les mammifères et l’humain. Un protocole d’analyse en solution par MC-ICP-MS est d’abord présenté puis deux méthodes d’échantillonnage sont comparées afin de réaliser des mesures de résolution spatiale accrue dans les tissus minéralisés. L’influence des sources alimentaires de Ca est ensuite discutée. La composition isotopique de l’alimentation humaine est variable du fait des compositions diverses des sources primaires de Ca et dépend particulièrement des proportions de produits laitiers dans l’alimentation. Il est démontré que les transitions nutritionnelles précoces, comme le sevrage du lait maternel, peuvent être tracées par les compositions de l’émail des dents de lait humaines. Les mécanismes des fractionnements isotopiques sont discutés sur la base d’observations chez l’humain et l’animal. Un modèle mathématique permet de dégager des mécanismes expliquant la distribution des isotopes du Ca à travers les tissus et les fluides de l’organisme et met en lumière le rôle prépondérant du rein dans la détermination de la composition isotopique de l’os. / Environment influences the isotope compositions of body Ca and vertebrate physiology affects these compositions in turn. These observations have allowed recognition of possible applications for Ca isotopes, in the field of medical biology, with the assessment of bone mineral balance in human, and in (palaeo-)ecology for the study of past and present day diets in vertebrates. These applications depend on a better fundamental understanding of causes for these variations. This thesis aims at identifying the main mechanisms responsible for variability of Ca isotope compositions in mammals and human. A solution mode analysis protocol was first developed for MC-ICP-MS. Two methods for microsampling of tooth enamel were then compared in order to increase spatial resolution of mineralized tissues analysis. The influence of dietary Ca sources has been discussed. Isotope composition of human diet is variable because of the diversity of Ca primary sources but also due to variations in dairy products proportions in diet. Early dietary transitions, such as weaning, can be studied using the Ca isotope compositions of human deciduous tooth enamel.Based on observations in human and other mammals, the mechanisms responsible for Ca isotope fractionations are discussed. A mathematical model was developed, allowing the identification of some mechanisms responsible for Ca isotope distribution across organism reservoirs, and sheds light on the crucial role of kidney in determination of bone isotope compositions.

Orientador: Waldemar Gastoni Venturini Filho / Banca: Léa Silva Santana / Banca: Ricardo Figueira / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo desenvolver metodologia isotópica para detectar possíveis adulterações em bebidas comerciais de maracujá. A análise isotópica foi feita nas matérias-primas (suco concentrado de maracujá e açúcares comerciais) e aditivos (acidulante, antioxidante, e aromatizante), polpa, suco tropical adoçado e néctares. Também foram realizadas análises químicas como Brix, pH, acidez titulável e ratio nas matérias-primas e nas bebidas à base de maracujá. Foram fabricados em laboratório produtos conforme os padrões de identidade e qualidade estabelecidos pelo Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento (MAPA) e produtos adulterados, com concentrações de carbono C3 e C4 conhecidas, para que a precisão do método fosse avaliada. Foi verificada a influência da presença de aditivos alimentares nas mensurações de W13C das bebidas. Além disto, foram feitos gráficos (oBrix vs. % fonte C3) para determinar a legalidade das bebidas a base de maracujá encontradas no mercado brasileiro / Abstract: The present work had as objective develops methodology isotopic to detect possible adulterations in commercial beverage of passion fruit. The isotopic analysis was made in the raw materials (passion fruit and commercial sugars) and addictive, pulp, sweetened tropical juice and nectars. Also chemical analyses were accomplished like Brix, pH, acidity titulável and ratio in the raw materials and in the drinks to the passion fruit base. They were manufactured in laboratory products conforms the identity patterns and quality established by the Ministry of Agriculture, Livestock and Food Supply (MAPA) and adulterated products, with concentrations of carbon C3 and known C4, so that the precision of the method was evaluated. The influence of the presence was verified of addictive alimentary in the mensurações of 13C of the drinks. Besides, they were done graphic (oBrix vs. % source C3) to determine the legality of the drinks the passion fruit base found at the Brazilian market / Mestre

Usamos a distribuição natural dos isótopos estáveis de carbono e nitrogênio para investigar qual é o principal recurso alimentar basal para as teias tróficas dos córregos florestados do sistema hidrográfico Guapi-Macacu e avaliamos se os isótopos estáveis de carbono e nitrogênio de consumidores aquáticos respondem ao uso e ocupação do solo local neste sistema hidrográfico. As hipóteses do presente trabalho são: (1) a principal fonte de energia para os animais de córregos florestados é fornecida pela produção autóctone, o perifíton; (2) as δ13C e δ15N dos consumidores aquáticos são relacionadas positivamente com as percentagens das áreas impactadas por agricultura, pastagem e ocupação urbana. Coletamos perifíton, matéria orgânica particulada fina e animais em vinte e um córregos para análise de isótopos estáveis de carbono e nitrogênio. Usamos fotos aéreas para classificar e calcular a área de uso antrópico em um raio de duzentos metros das coordenadas geográficas do ponto de coleta. O perifíton foi o recurso basal para: os peixes predadores, Characidium sp., Rhamdioglanis sp., Trichomycterus sp.; o peixe onívoro Phalloceros caudimaculatus; o peixe pastador, Schizolecis guntheri; o camarão onívoro, Macrobrachium potiuna; os caranguejos onívoros, Trichodactylus sp.; os Plecoptera predadores, Anacroneuria sp.; os Odonata predadores, Aeshnidae sp. e Libellulidae sp. A matéria proveniente da vegetação terrestre foi o principal recurso dos Trichoptera cortador e coletor-filtrador Phylloicus sp. e Smicridea sp., respectivamente. A δ13C dos Rhamdioglanis sp. foi marginalmente relacionada com a percentagem da área de impacto antrópico (p=0,072; N=6). As δ13C dos Anacroneuria sp., dos Smicridea sp., dos Characidium sp., dos Hypoptomatinae, dos Macrobrachium spp., dos Phalloceros caudimaculatus, dos Scleromystax barbatus e dos Trichomycterus sp. não foram relacionadas com a percentagem da área impactada. Apenas os Macrobrachium spp. (p=0,052; N=11) e os S. barbatus (p=0,069; N=6) tiveram suas δ15N marginalmente relacionadas com a percentagem da área de impactada. Estes resultados sugerem que a δ13C e a δ15N dos consumidores aquáticos não foram bons indicadores de impacto local no sistema hidrográfico Guapi-Macacu. / We used the natural distribution of stable isotopes of carbon and nitrogen to investigate the principal basal food resources for the food web of the forested streams of the Guapi-Macacu watershed system and we evaluated if the stable isotopes of carbon and nitrogen of aquatic consumers responded to the land use and occupation in the catchment. The hypotheses of the present work are: (1) the principal energy source for the animals from forested streams comes from autochthonous production, the periphyton; (2) the δ13C and δ15N of the aquatic consumers are positively related to the percentage of the impacted areas by agriculture, pasture and urban occupation. We collected periphyton, fine particulate organic matter and animals in twenty one streams for stable isotopes analyses of carbon and nitrogen. We used aerial photos to classify and calculate the area of human use in a radius of two hundred meters from the geographic coordinate of the collection point. Periphyton was the basal resource for: the predatory fish Characidium sp., Rhamdioglanis sp., Trichomycterus sp.; the omnivorous fish Phalloceros caudimaculatus; the grazer fish, Schizolecis guntheri; the omnivore shrimp, Macrobrachium potiuna; the omnivore crab, Trichodactylus sp.; the predators Plecoptera, Anacroneuria sp.; the predators Odonata, Aeshnidae sp. e Libellulidae sp.. The material proceeding from terrestrial vegetation was the principal source of the scraper and collector-filter Trichoptera, Phylloicus sp. and Smicridea sp., respectively. The δ13C of Rhamdioglanis sp. was marginally related to the percentage of human impact area (p=0,072; N=6). The δ13C of the Anacroneuria sp., Smicridea sp., Characidium sp., Hypoptomatinae, Macrobrachium spp., Phalloceros caudimaculatus, Scleromystax barbatus and the Trichomycterus sp. were not related to the percentage of the impacted area. Only the Macrobrachium sp. (p=0,052; N=11) and the S. barbatus (p=0,069; N=6) had their δ15N marginally related to the percentage of the impacted area. These results suggest that the δ13C e a δ15N of the aquatic consumers were not good indicators of local impact in the Guapi-Macacu watershed system.

A conversão de florestas em pastagens e seu subseqüente abandono tem ocorrido por toda Amazônia, e embora exista muita pesquisa sobre as conseqüências desta mudança de cobertura do solo, ainda existem muitas perguntas sobre os processos biogeoquímicos associados a estas mudanças. Neste estudo, nós avaliamos os efeitos da mudança de cobertura sobre a respiração do solo em pastagens e florestas secundárias e intactas próximo de Rio Branco, Acre. Utilizou-se o método de câmaras dinâmicas associadas com analisador de gás por infravermelho. As folhas de gramíneas dentro dos anéis de medida nas pastagens foram responsáveis por cerca de 50% do fluxo durante a estação chuvosa, mas na estação seca, sua influência pode ser confundida com a variabilidade entre os anéis de medida. Os maiores fluxos de CO2 são observados em pastagens e não em florestas, mesmo se descontado o efeito das folhas em pastagens. As maiores amplitudes de variação sazonal também foi observada em pastagens. Devido aos maiores fluxos em pastagens, o fluxo anual de CO2 do solo para atmosfera foi 20% maior em pastagens em comparação com as florestas. A respiração heterotrófica é similar em pastagens e florestas secundárias e intactas, mostrando que a respiração autotrófica é responsável pelos altos fluxos de CO2 em pastagens . O ?13C do CO2 de origem heterotrófica em pastagem foi de -15‰, demonstrando que os microrganismos do solo se alimentam principalmente de matéria orgânica originado da pastagem. / Conversion of forest to cattle pastures and subsequent abandonment of those pastures is occurring throughout the Amazon Basin, but the biogeochemical consequences of this land cover change are not well understood. In this study we assess the effects of land-use change on soil respiration in pastures, secondary forests and mature forests near Rio Branco, Acre. Leaves inside the measurement chambers were responsible for about 50% of the pasture fluxes in the wet season, but in the dry season its influence was confounded with variability within replicates. The greatest CO2 fluxes are observed in pastures, which also presented the greatest amplitude of seasonal variation. Annual fluxes were 20% higher in pastures compared to forests. Heterotrophic respiration was similar in pasture and mature and secondary forests, indicating that autotrophic respiration is probably the main cause of higher fluxes in pastures. The ?13C of heterotrophic respired CO2 in pasture was -15‰, showing that microorganisms in pasture soil are feeding mostly on carbon from grasses and not from remaining forest carbon.

A cadeia trófica do Pantanal foi investigada durante um ciclo hidrológico completo (1998-99) por meio da utilização do método de isótopos estáveis múltiplos (d13C e d15N), com o objetivo de identificar as fontes primárias de carbono que regem o fluxo de energia do sistema. Os produtores e consumidores primários foram amostrados em um lago marginal (baía do Castelo), representativo da planície de inundação do rio Paraguai, sendo: algas (sestônicas e epifíticas), plantas vasculares (emergentes, submersas e terrestres), invertebrados (epifíticos, planctônicos e bentônicos) e peixes detritívoros adultos. A maioria das plantas vasculares pertenceu ao grupo fisiológico de plantas C3 (d13Cmédio= -29,5‰), com espécies C4 (d13Cmédio= -12,3‰) em menor abundância. Algas e detritos presentes nas amostras de epifíton e seston foram separados para análise isotópica por gradiente de densidade por centrifugação em solução de sílica coloidal. Os valores da razão C:Clor <100 de cada fração (leve e pesada) e de cada compartimento (epifítico e sestônico), indicaram as amostras relativamente puras em algas (MOPa = alga), cuja composição isotópica variou entre -34,5 e -26,9‰ (média ± dp = -29,3 ± 1,7‰) para d13C e entre -2,1 e 6,0‰ (média= 2,1 ± 2,0‰) para d15N. Não houve diferença significativa entre os valores de d13C de alga e plantas C3. O sinal de d13C de alga apresentou-se mais enriquecido (D13C= apenas -8,3‰) do que o de outras áreas de inundação tropicais da América do Sul, o que poderia ser resultado de uma limitação da disponibilidade do CO2 ou assimilação de ambas as fontes de CID (CO2 e/ou HCO3-). Valores baixos e negativos de d15N indicaram fixação de N2 por Cyanobacteria e os valores mais altos se devem, provavelmente, a fontes mais enriquecidas, como NH4+. Um claro padrão sazonal, relacionado ao ciclo hidrológico e às variações na disponibilidade de fontes inorgânicas, foi observado para alga (para ambos os isótopos), mostrando valores mais empobrecidos durante o período de enchente-cheia e o oposto na fase de vazante-seca, e que se refletiu na variação dos sinais de zooplâncton e de outros consumidores primários e secundários. Surpreendentemente, os valores de d13C dos consumidores primários foram muito mais empobrecidos do que os valores de alga, variando de -43 a -20‰ para d13C e de -2 a 12‰ para d15N. Estes resultados somente poderiam ser possíveis se uma fonte de carbono mais negativa, possivelmente bactérias metanotróficas, estivessem envolvidas, o que é reforçado pelos valores observados para os chironomídeos bentônicos (d13C= de -62 a -49‰; d15N= -5,3 a -0,8‰). Assim, o balanço de evidências sugere uma combinação de ambas as fontes autotróficas (foto e quimioautotróficas) sustentando as cadeias alimentares do Pantanal do rio Paraguai, com o ramo metanotrófico da alça microbiana sendo provavelmente um elo de ligação alternativo entre CH4 e o ciclo do carbono orgânico, diretamente para os níveis metazoários superiores. / The food web of the Pantanal wetland in Brazil was investigated during a complete hydrologic cycle (1998-99) using a multiple stable isotope approach (d13C and d15N) with the goal of identifying the primary carbon sources, which drive the system energy flux. The sampling was done in a representative marginal lake (Baía do Castelo) of Paraguay River floodplain and the sampled primary producers and consumers were algae (sestonic and epiphytic), vascular plants (emergent, submersed and terrestrial), invertebrates (epiphytic, planktonic and benthic), and mature detritivorous fish. The majority of vascular plants belonged to the physiological group of C3 plants (d13Cmean= -29.5‰), besides C4 species (d13Cmean= -12.3‰) with lower abundance. Algae and detritus from epiphyton and seston samples were separated for isotopic analysis by density gradient centrifugation in a colloidal silica solution. C:Chlor <100 ratio values (from both epiphytic and sestonic samples, light and heavy fractions), indicated relatively pure algae (POMa = algae) with signatures of -34.5 to -26.9‰ (mean ± SD = -29.3 ± 1.7‰) for d13C and -2.1 to 6.0‰ (mean= 2.1 ± 2.0‰) for d15N. There was no significant difference between d13C from algae and C3 plants. The d13C of algae was more enriched (D13C= only -8.3‰) than other tropical South American floodplains and could be a result from limiting of CO2 availability or uptaking both DIC sources (CO2 and/or HCO3-). Low and negative values of d15N denoted N2-fixing by Cyanobacteria and higher values were probably related to more enriched DIN sources, as NH4+. Clear seasonal pattern, related to the hydrologic cycle and variations of inorganic sources availability, was observed for algae (for both isotopes), showing more depleted values during rising-flood period and the opposite in the falling-dry, that reflected in the mixing zooplankton signals as well in the other primary and secondary consumers. Surprisingly the d13C values of the primary consumers were much more depleted than the values of the algae, ranging from -43 to -20‰ for d13C and from -2 to 12‰ for d15N. These results would only be possible if a more depleted source of carbon, possibly methanotrophic bacteria, were also involved, which is strengthened by the values of benthic chironomidae (d13C range= -62.4 to -49.4‰; d15N= -5.3 to -0.8‰). Thus the balance of evidence suggests a combination of both autotrophic sources (photo and chemoautotrophic) in sustaining the food webs of Pantanal wetland (mainly Pantanal of Paraguay river), with the methanotrophic branch of microbial loop being probably an alternative link between CH4 and organic carbon cycle directly through metazoan levels.

Para o presente trabalho, três testemunhos foram amostrados nos manguezais João Cardoso (JC), Ipaneminha (IPA) e Perequê (PE), localizados na face norte da llha do Cardoso. Estudo interdisciplinar envonveldo descrições faciológica, análise granulométrica, datação 14C, análises isotópicas e elementares de C e N e palinologia foram realizados com o objetivo de descrever a evolução sedimentar e da vegetação, com inferâncias climáticas. Entre 250 a 166 cm, o testemunho JC é composto de areia média creme-acinzentada base gradando para areia muito-fina cinza, com idades de 33.000 (198cm) e 29.400 anos cal. A.P. (166cm), carbono orgânico total (COT) de 0,044 a 0,633%, nitrogênio total (NT) de 0,002 a 0,017%, C/N de 7 a 30, \'delta\'13C de -18,49 a -24,46%o e \'delta\'15N de 2,48 a 8,13%o), indicativos de matéria orgânica terrestre de plantas C3 e C4 e algas/fitoplâncton. A palinologia mostra predomínio de elementos arbóreos dos táxons Alchornea, Drymis, Ilex, Myrsine, Myrtaceae, Podocarpus e Weinmannia (até 10%, cada) e esporos de Cyathea e Polypodiaceae (30%), característico de clima frio e úmido. De 166 a 70 cm a fácies apresenta areia média com estratificação cruzada plano-paralela marcada por areia/argila cinza escura, indicando ambiente praial de inframaré. Esta camada representa um hiato de ~27.000 anos cal. A.P. de sedimentação original, provavelmente erodidos durante transgresão Santos. Os testemunhos IPA e PE apresentam camada semelhante, iniciando na base (170 e 140cm, respectivamente), até aprox. 60 cm. A 163 cm no testemunho IPA foi obtida idade de ~2200 anos AP e ausência de palinomorfos. Sobre a camada da areia, nos três testemunhos, depositam-se sedimentos arenosos/argilosos bioturbados, com abundantes fragmentos/raízes vegetais e conchas. A partir de ~850 anos cal. A.P. (testemunho IPA - 50cm), a variação nos valores elementares e isotópicos de C e N indicam a substituição do predomínio de M.O. fitoplanctônica para M.O. de plantas C3, ainda com influência do fitoplâncton (COT: 0,15 a 12,8%; NT: 0,01 a 0,48%; \'delta\'13C: - 21,00 até - 29,00%o; \'delta\'15N: 8,00 a 3,40%o). A palinologia mostra um padrão semelhante nos três testemunhos. Os táxons Alchornea, Arecaceae, Fabaceae, Hedyosmum, Myrsine, Myrtaceae, Podocarpus, Sloanea, Weinmannia são os mais representativos entre os arbóreos (até 10%). Esporos de Cyathea e Polypodium e grãos de pólen de Poaceae e Cyperaceae correspondem a aprox. 30% da soma total, pouco variando. Estes valores indicam a presença das formações da Floresta Atlântica e da Restinga na região durante todo o período. O táxon Rhizophora sofre aumento neste período de 5 para até 22% nos dias atuais. Infere-se presença de manguezal na região e seu subsequente estabelecimento no local. Palinoforaminíferos e dinocistos são abundantes (até 15%) na base da camada, diminuindo em frequência para o topo (4%). Estes dados mostram uma progressiva diminuição na influência marinha, evoluindo de ambientes intermaré para ambiente de supramaré, devido à redução do nível marinho local durante o Holoceno tardio. Estes dados contribuem para o entendimento da evolução paleoambiental no litoral sul do Estado de São Paulo desde o Pleistoceno Tardio / For the present work, three cores where sampled on the \"João Cardoso (JC)\", \"Ipaneminha (IPA)\" and \"Perequê (PE)\" mangroves, located at the northern face of the Cardoso Island. A interdisciplinary study involving facies, radiocarbon dating, elementary and isotopic carbon and nitrogen, granulometric and palynological analysis were carried with the objective of describing the vegetation and sedimentary evolution, with climatic inferences. Between 250 and 166 cm, the JC core is primarily constituted by grayish medium sand progressing to very fine sand, with ages of ~33.000 (198cm) and ~29.450 (166) cal yr AP. Total Organic Carbon (TOC) of 0,044% to 0,633%, Total Nitrogen (NT) of 0,001 to 0,017%, C/N ratios of 7 to 30, \'delta\'13C of -18,49 to -24,46%o and \'delta\'15N of 2,48 to 8,13%o indicates mixture of C3and C4 terrestrial plants and phytoplantonic sources. Palynology show predominance of the arboreal elements Alchornea, Drymis, Ilex, Myrsine, Myrtaceae, Podocarpus e Weinmannia (up to 10% of total, each) , Cyathea and Polypodium spores (up to 20%), caracteristic of humid and cold climate. From 166 to 70 cm the facies show plane-paralell cross-bedded stratification marked by dark gray medium sand, indicating an inter-tidal environment. This layer represents a hiatus of ca. ~27.000 yr of original sedimentation, probably eroded on the Santos marine transgression. Cores IPA and PE presents similar facies at their bases (170 and 140 cm, respectively) up to near 60 cm. At 163 cm, the IPA core shows age of ~2.000 cal yr AP, and no palynomorphs. On top of this sandy facies are layers of sandy/silty/clayey bioturbated sediments, with an abundance of root, shells and plant debris. Since . ~850 cal yr AP, the isotopic and elementary values show a gradual substitution of the phytoplanctonic source of the sedimentary organic matter to a terrestrial C3 plant source on the three cores. Palynology also shows a similar pattern between the three records?, with Alchornea, Arecaceae, Fabaceae, Hedyosmum, Myrsine, Myrtaceae, Podocarpus, Sloanea, Weinmannia taxons the most well represented between the trees, with Cyathea e Polypodium, Poaceae e Cyperaceae with up to 30% of the total. These are characteristic of the Pluvial and sandbank forests. Rhizophora show an increase in this period from 5 to 22%, indicating the establishment and evolution of the mangrove vegetation on the area since ~850 cal yr AP. Palinoforaminifera and dinocyst show a diminishing pattern (from 15 to 4%) through this period, indicating a progressive decrease of the marine influence at the area, evolving an intertidal to a supratidal zone, following a decrease of local sea level during the late Holocene. This data contributes to a better understanding of the late Pleistocene environment evolution in the southeastern Brazilian coast

Os locais de estudo estão situados no PETAR – Parque Estadual Turístico do Alto Ribeira e PEI – Parque Estadual Intervales, na região do sudeste do Brasil. A área é caracterizada pela presença de vegetação nativa de Floresta Atlântica e dois lagos naturais conhecidos por Lagoa Grande E Lagoa Vermelha, onde foram coletados três testemunhos sedimentares. Análises químicas (C, N, mineralogia), isotópicas (12C, 13C e 14C) e biológicas (palinologia) foram usadas nesse estudo para entender a história da paleovegetação da região durante o Pleistoceno tardio e o Holoceno, assim como suas relações com as mudanças climáticas. Amostras de solo foram coletadas a partir de trincheiras e tradagens em dez locais sob vegetação de floresta natural no PETAR e no PEI. Os dados isotópicos (&#948;13C) da matéria orgânica do solo em dois pontos do PETAR mostraram valores de &#948;13C mais enriquecidos ( -17,1%0 e -20,1%0) nas camadas mais profundas, indicando a presença de uma vegetação menos densa que a atual, com uma provável mistura de plantas C3, e C4, no período de ~30.000 a 16.000 anos AP, sugerindo a presença de um clima mais seco. De ~16.000 anos AP até o presente um empobrecimento isotópico significativo (até -28,3 %0) foi observado em todos os locais, indicativo de expansão da floresta, provavelmente associada à presença de um clima mais úmido que no período anterior. Os dados isotópicos (&#948;13C) dos solos de PEI indicam a presença de vegetação de floresta desde ~14.000 anos AP, exceto em um local (SAI) onde valores de &#948;13C mais enriquecidos (-21,8 %0) foram observados, relacionados provavelmente à mistura de plantas C3 e C4 e/ou à presença de uma vegetação de floresta menos densa em ~14.000 anos AP. A partir dos resultados da matéria orgânica sedimentar do testemunho da Lagoa Grande foi verificado que as condições ambientais foram relativamente estáveis durante os últimos 1000 anos, caracterizados pela presença de plantas C3, e fitoplâncton, sugerindo condições climáticas úmidas e que o lago provavelmente não se apresentou seco durante o último milênio. Condições ambientais para a Lagoa Vermelha também foram relativamente estáveis durante os últimos 4500 anos, caracterizadas pela presença significativa de plantas C3 na matéria orgânica sedimentar indicando condições climáticas úmidas. Mudanças na composição da vegetação foram registradas pela palinologia durante o período de ~1400 a 1100 anos AP, relacionadas a presença de um provável clima frio que o atual. / The study sites are in the PETAR - Parque Estadual Turístico do Alto Ribeira and PEI - Parque Estadual Intervales, in the southeastern region of Brazil. The area is characterized by the presence of the native vegetation of Atlantic forest and two natural lakes called LAgoa Grande and Lagoa Vermelha, where three sediment cores were collected. Chemical (C, N and mineralogy), isotope (12C, 13C and 14C), and biological (pollen analyses) tools were used in the study to understand the palaeovegetation history of the region during the late Pleistocene and Holocene and its relation to climate changes. Soils samples were collected from trenches and by drilling at five locations under natural forest vegetation in the PETAR and PEI study sites.The isotope data (&#948;13C)collected in soil at two locations in the PETAR area showed much more enriched &#948;13C values ( -17,1%0 and -20,1%0)in the deeper horizons, indicating the presence of a less dense vegetation than the present modern day, with a probable mixture of C3 and C4 plants, in the period of ~30.000 to ~16.000 years BP. This pattern suggested the presence of a drier climate. From ~16.000 years BP to the present, a significant isotopic depletion (up to -28,3 %0)was observed in all sites indicating an expansion of the forest, probable associated to the presence of a more humid climate than the previous period. The isotope results (&#948;13C) collected at the PEI soils indicated the presence of forest vegetation since ~14.000 years BP, except in one location (SAI), where more enriched &#948;13C values (-21,8 %0) were observed probable related to mixture of C3 e C4 plants, and/or a presence of a less dense forest vegetation around ~14.000 years BP. From the results of the sediment organic matter compositions of LAgoa Grande, it was verified that the environmental conditions were relatively stable during the last 1000 years, characterized by the presence of C3 plants and phytoplankton, suggesting humid climaticconditions and the lake probable wasn't dry during the last millennium. Environmental conditions for the Lagoa Vermelha were also relatively stable during the last 4500 years, characterized by the significant presence of C3 plants in the sediment organic matter indicating humid climatic conditions. The changes in vegetation composition recorded by palynology during the period of ~1400 to 1100 years BP can be related to existence of a probable colder climate than today.

Estudos tÃm mostrado que, quando hà introduÃÃo de Ãrvores no sistema de cultivo, as caracterÃsticas ambientais sÃo positivamente influenciadas e a produtividade do cultivo pode ou nÃo ser positivamente impactada. Todavia, boa parte desses estudos enfoca ambientes com boas condiÃÃes de umidade. O estudo comparativo entre sistemas agroflorestais e outras formas de uso da terra gera informaÃÃes que unem produtividade e preservaÃÃo ambiental, sobretudo em ecossistemas com baixa disponibilidade hÃdrica. O objetivo geral deste trabalho foi avaliar os efeitos do sistema agrossilvipastoril (AGP) sobre as propriedades quÃmicas do solo e fÃsicas do ambiente e sobre a fisiologia, desenvolvimento e teor de nutrientes de plantas cultivadas e nativas, tendo como referÃncias Ãreas de sistema de cultivo tradicional (TR) e mata secundÃria (MS). A pesquisa foi desenvolvida em Ãreas experimentais pertencentes à Embrapa Caprinos e Ovinos, Sobral-CE, no perÃodo compreendido entre fevereiro e setembro de 2011. Foram avaliados parÃmetros fÃsicos do ambiente (umidade do ar e do solo, temperaturas do ar e do solo, radiaÃÃo fotossinteticamente ativa, velocidade dos ventos e precipitaÃÃo pluviomÃtrica) registrados com auxÃlio de duas estaÃÃes climatolÃgicas instaladas no AGP e na MS, parÃmetros quÃmicos do solo (Nt, P disponÃvel, K+, Ca2+, Mg2+, Na+, pH, carbono orgÃnico, Fe, Zn, Cu e Mn), parÃmetros ecofisiolÃgicos do milho (Zea mays) e do pau-branco (Cordia oncocalyx) (Ãrea foliar especÃfica, teor de clorofila, fotossÃntese, transpiraÃÃo, condutÃncia estomÃtica, eficiÃncia no uso da Ãgua, potencial hÃdrico), alÃm de diferenciar as zonas de captaÃÃo de Ãgua pelas plantas atravÃs da anÃlise de isÃtopos estÃveis. Uma parte experimental tambÃm foi desenvolvida em casa de vegetaÃÃo visando avaliar a ocorrÃncia de competiÃÃo por Ãgua entre o milho e o pau-branco desenvolvendo-se isoladamente ou em associaÃÃo. O milho cultivado no AGP foi comparado com plantas cultivadas sob mÃtodos tradicionais (apÃs corte-e-queima da vegetaÃÃo) e apresentou um maior desenvolvimento no AGP desde que nÃo estivesse sob a copa do pau-branco, o que promovia competiÃÃo, levando à reduÃÃo nos processos fisiolÃgicos e desenvolvimento do milho a 1 m, 2 m e 3 m de distÃncia do caule do pau-branco (CapÃtulo 1). O experimento em casa de vegetaÃÃo revelou que o milho tem seus parÃmetros fisiolÃgicos alterados tanto pela associaÃÃo quanto pelo nÃvel de irrigaÃÃo, com repercussÃes no desenvolvimento. Assim, a associaÃÃo promove competiÃÃo entre milho e pau-branco tanto a 100% quanto a 50% da capacidade de campo, todavia o milho à a espÃcie mais prejudicada (CapÃtulo 2). As Ãrvores de pau-branco no AGP apresentaram maior resistÃncia à seca que as plantas da MS, uma vez que elas foram capazes de manter as folhas verdes por mais tempo e manter maiores taxas de transpiraÃÃo, condutÃncia estomÃtica e fotossÃntese, alÃm de maior conteÃdo de Ãgua nas folhas apicais no perÃodo seco, quando o teor gravimÃtrico de Ãgua do solo foi menor no AGP que na MS (CapÃtulo 3). As anÃlises de isÃtopos estÃveis revelaram que o milho e o pau-branco no AGP captam preferencialmente a Ãgua do solo em profundidades superiores a 20 cm, o que pode ter levado à reduÃÃo na umidade do solo entre 30-50 cm nesse sistema. Na MS o pau-branco obtÃm Ãgua de camadas mais superficiais do solo, atà 30 cm de profundidade (CapÃtulo 4). A fotossÃntese do pau-branco, no perÃodo seco, foi menos dependente de fatores ambientais no AGP do que na MS, sugerindo que as plantas do AGP desenvolveram estratÃgias que culminaram em maior assimilaÃÃo lÃquida de carbono (CapÃtulo 5), com isso, as Ãrvores do AGP apresentaram maior teor em alguns nutrientes, refletindo melhorias na qualidade quÃmica do solo (CapÃtulo 6). Diante desses resultados, entende-se que o AGP à um sistema adequado Ãs condiÃÃes semiÃridas nordestinas, pois pode melhorar o desenvolvimento das Ãrvores e do milho, desde que este nÃo esteja sob sombreamento promovido pela copa das Ãrvores, e do solo, apesar de algumas variÃveis climatolÃgicas serem mais extremas nesse sistema. / Studies show that when the trees are placed on culture systems, the environmental characteristics are positively influenced and productivity of the cultivation may or may not be positively impacted. However, most of these studies focused environments with good moisture conditions. The comparative study of agroforestry and other forms of land use generates information linking productivity and environmental preservation, especially in ecosystems with low water availability. The aim of this study was to evaluate the effects of the system agrosilvopastoral (AGP) on soil chemical and physical environment properties and on physiology, development and nutrient content of native and cultivated plants, taking as reference areas of traditional cultivation system (TR) and secondary forest (MS). The research was conducted at sites belonging to Embrapa Sheep and Goats, Sobral-CE, in the period between February and September 2011. We evaluated physical parameters of the environment (air humidity, soil moisture, soil and air temperatures, photosynthetically active radiation, wind speed and rainfall) recorded using two weather stations installed in the AGP and the MS, chemical parameters of the soil (Nt, P, K+, Ca2+, Mg2+, Na+, pH, organic carbon, Fe, Zn, Cu and Mn), corn (Zea mays) and pau-branco (Cordia oncocalyx) ecophysiological (specific leaf area, chlorophyll content, photosynthesis, transpiration, stomatal conductance, water use efficiency, water potential), besides differentiate areas of water uptake by plants by stable isotope. An experiment was also developed in a greenhouse to evaluate the occurrence of competition for water between maize and pau-branco developing alone or in combination. Corn grown in AGP was compared with plants grown under traditional methods (after slash-and-burn vegetation) and presented a further development in the AGP if it was not under the canopy of pau-branco, which promoted competition, leading to a reduction in physiological processes and development of corn to 1 m, 2 m and 3 m away from the stem of pau-branco (Chapter 1). The experiment in the greenhouse showed that corn has its physiological parameters changed both by the association and by level of irrigation, with an impact on development. Thus, the association promotes competition between maize and pau-branco much as 100% to 50% of field capacity, however, corn is the most affected species (Chapter 2). The 10 pau-branco tress in AGP showed greater resistance to dry than MS plants, since they were able to maintain the green leaves longer and maintain higher transpiration rates, stomatal conductance and photosynthesis, and greater water content in the apical leaves in dry period, when the gravimetric water content of soil was lower in the AGP than the MS (Chapter 3). The stable isotopes analyzes revealed that corn and pau-branco in AGP system preferentially take up water from soil depths greater than 20 cm, which lead to a reduction in soil moisture at 30-50 cm depth. In MS paubranco sources water from more superficial soil layers, up to 30 cm depth (Chapter 4). Photosynthesis in pau-branco, during the dry season, was less dependent on environmental factors in MS than in AGP, suggesting that plants in the AGP have developed strategies which resulted in higher net carbon assimilation (Chapter 5), with this, the trees in AGP showed a high level in some nutrients, reflecting the better quality soil chemistry of this system (Chapter 6). Given these results, it is understood that AGP is a system suitable conditions semiarid Northeastern, it may enhance the development of trees and maize, since this is not shaded by the canopy, and of the soil, although some climatic variables are more extreme in the system.

Isótopos estáveis de 13C e 15N de fontes basais e consumidores foram utilizados para descrever e quantificar as fontes de matéria orgânica que sustentam as teias alimentares em riachos da Floresta Atlântica em um gradiente altitudinal (Floresta Montana, Submontana e Terras Baixas) e em riachos com diferentes usos do solo floresta, cultivo de eucalipto e pastagem). Os estudos foram realizados no Parque Estadual da Serra do Mar Núcleos Picinguaba e Santa Virgínia e no seu entorno. No gradiente altitudinal os resultados indicam que em floresta Montana os consumidores mostraram dependência das fontes autóctones (principalmente seston), em Submontana as fontes autóctones também são as que mais contribuem para os consumidores, principalmente perifíton. Em Terras Baixas as plantas C3 entram como contribuintes nas teias alimentares, contudo os consumidores continuam assimilando mais C e N do perifíton e seston. Nos diferentes usos do solo, as fontes basais tiveram diferenças isotópicas, com valores mais negativos de 13C em floresta e menos negativos nos riachos alterados e 15N mais positivo na pastagem. A comunidade em riachos de floresta assimila C e N proveniente do seston, enquanto que em cultivo de eucalipto as fontes autóctones (perifíton e seston) contribuem com mais de 70% e gramíneas C4 com 14%. Os riachos de pastagem são ambientes heterotróficos com grande dependência das fontes alóctones (plantas terrestres C3 e gramíneas C4). Destaca-se um aumento na contribuição das fontes alóctones à medida que se muda a cobertura vegetal do entorno, em floresta a contribuição alóctone é de 3%, cultivo de eucalipto 23% e pastagem 58%. Isso se deve principalmente a entrada de C4 nas teias alimentares. / 13C and 15N stable isotopes of basal sources and consumers were used to describe and quantify sources of organic matter supporting food webs in streams of the Atlantic Forest along an elevation range (montane forest, sub-montane and lowland) and in streams with different land uses (forest, eucalyptus and pasture). Studies were carried in the Parque Estadual da Serra do Mar - Picinguaba and Santa Virginia nucleous and its surroundings. Along the elevation range results indicate that consumers in Montane forest showed dependence on autochthonous sources (mainly seston). In sub-montane autochthonous sources are also those that contribute most to consumers, mainly periphyton. In lowlands C3 plants come as contributors in food webs, however most consumers remain assimilating C and N from the seston and periphyton. The basal sources had different isotopic signatures indifferent land uses, with more negative values of 13C in forest streams and less negative in altered streams and 15N values more positive in pasture. The community forest streams assimilated C and N from seston, while in the cultivation of eucalyptus autochthonous sources (periphyton and seston) contribute more than 70% and C4 grasses with 14%. The pasture streams are heterotrophic environments with high reliance on allochthonous sources (C3 terrestrial plants and C4 grasses). Increase in the contribution of allochthonous sources was observed in the following order: forest (3%), eucalyptus (23%), and pasture (58%). This is mainly due to entry of C4 plants in food webs.

As restingas constituem um complexo de tipos vegetacionais que ocorrem sobre cordões arenosos ao longo da costa brasileira. Sua diversidade fisionômica, florística e estrutural contrasta com grande número de fatores ambientais limitantes, incluindo a disponibilidade de água e nutrientes. O objetivo deste trabalho foi comparar a dinâmica do nitrogênio, bem como os atributos foliares relacionados ao uso do nitrogênio e da água, em três formações vegetais inseridas no \"complexo vegetacional da restinga\", as quais ocorrem ao longo de um gradiente de precipitação que varia de cerca de 800 a 2.600 mm anuais. Para tanto, foram avaliados parâmetros relacionados à ciclagem do nitrogênio e alguns atributos foliares funcionais relacionados às estratégias de uso de água e nutrientes nas principais espécies botânicas que nelas se desenvolvem. O primeiro capítulo compara a variação na disponibilidade e na composição isotópica de nitrogênio (?15N) nestas três formações de restinga que ocorrem sob regimes hídricos distintos. Foram analisados e comparados parâmetros relacionados à disponibilidade e às taxas de transformação do nitrogênio nos solos e sua assimilação e uso pelas plantas. Os solos das três áreas, arenosos e ácidos, apresentam deficiência nutricional, sendo o nitrogênio amoniacal (N-NH4 +) a principal forma disponível. Suas taxas líquidas de transformação foram baixas e variáveis, com prevalência de imobilização, sobretudo nas restingas sob menor precipitação média anual (PMA). Na vegetação, o aumento na PMA refletiu em maiores concentrações foliares de nitrogênio e fósforo, juntamente com menores razões C/N e massas foliares por unidade de área (MFA). Os valores de ?15N foliar foram baixos e variáveis, ocorrendo enriquecimento gradual em 15N com o aumento na PMA. As concentrações foliares de nitrogênio e fósforo, bem como a MFA e a razão C/N mostraram-se diretamente relacionadas; já a MFA relacionou-se inversamente à concentração foliar de nitrogênio. O aumento da PMA ao longo do gradiente, juntamente com variações nas condições edáficas e nas comunidades bióticas, pareceu contribuir para o aumento da disponibilidade de nitrogênio, refletindo na redução gradual da conservação do mesmo. O segundo capítulo compara as restingas quanto aos atributos foliares de gêneros por elas compartilhados. As maiores diferenças foram observadas entre os gêneros das restingas seca e úmida, com a última apresentando maiores concentrações de nitrogênio e fósforo foliares e menor razão C/N. Seus gêneros ainda apresentaram menores MFA e composição isotópica de carbono (?13C), além de maior ?15N que aqueles das restingas seca e intermediária. As relações entre os atributos foliares dos pares congenéricos das restingas seca e úmida, assim como dos contrastes filogeneticamente independentes (CFIs), mostraram que a concentração de nitrogênio relaciona-se diretamente à concentração de fósforo e inversamente ao ?15N, enquanto que a concentração de fósforo relaciona-se diretamente com o ?15N e inversamente com a razão C/N. A grande diferença entre as restingas e a similaridade nas correlações - utilizando-se tanto os pares congenéricos e os CFIs - fortalece a distinção quanto à economia foliar da restinga úmida e as demais, enfatizando a importância das condições ambientais no ajuste dos atributos analisados, independente do grau de parentesco filogenético das espécies. / Restingas are consisted of a complex of vegetation types that occur on sand ridges along the Brazilian coast. Their physiognomic, floristic and structural diversity contrasts with a large number of environmental limiting factors, including the availability of water and nutrients. The aim of this study was to compare the dynamics of nitrogen, as well as leaf traits related to the use of nitrogen and water at three vegetation types inserted in the \"restinga vegetation complex\", and occur along a precipitation gradient ranging from about 800 to 2600 mm annually. Accordingly, parameters related to nitrogen cycling were assessed, as well as some functional leaf traits related to strategies for use of water and nutrients from the main plant species that occur therein. The first chapter compares the variation in nitrogen availability and its isotopic composition (?15N) at these three restinga formations that occur under different water regimes. It was analyzed and compared parameters regarding nitrogen availability and transformation rates in soils, and also its uptake and use by plants. The sandy and acidic soils of the three areas have high nutritional deficiency, and ammoniacal nitrogen (N-NH4 +) is the major available form. Its net rates of transformation were low and variable, with the prevalence of immobilization, especially at the restingas under lower mean annual precipitation (MAP). At the vegetation, MAP increase reflected in higher leaf nitrogen and phosphorus concentrations, along with lower C/N ratios and leaf mass per area (LMA). Leaf ?15N values were low and variable, observing gradual 15N-enrichment with MAP increase. Nitrogen and phosphorus leaf concentrations, as well as LMA and C/N ratio were directly related, whereas LMA was inversely related to leaf nitrogen concentration. The increase in MAP along the gradient, jointly to variations in soil conditions and biota, seemed to contribute to an increment on nitrogen availability, reflecting in the gradual reduction of its conservation. The second chapter compares the restingas in relation to leaf traits of genera shared by them. The largest differences were observed between genera from dry and wet restingas, with the latter having higher leaf nitrogen and phosphorus concentrations and lower C/N ratio. Their genera also had lower LMA and carbon isotopic composition (?13C), as well as greater ?15N than those from dry and intermediate restingas. Relationships between leaf traits of the congeneric pairs from dry and wet restingas, and also of the phylogenetically independent contrasts (PICs), showed that nitrogen concentration is directly related to phosphorus and inversely to ?15N, whilst phosphorus concentration is directly related to ?15N and inversely to C/N ratio. The bulky difference amongst restingas, and the similarity in correlations - using both congeneric pairs and PICs - reinforces the distinction regarding leaf economy between wet restinga and the others, emphasizing the importance of environmental conditions on the adjustment of the analyzed leaf traits, apart from of the degree of species phylogenetic relatedness.