A Avaliação de Ciclo de Vida (ACV) é um método estruturado, compreensivo e padronizado a nível internacional que quantifica informações sobre emissões, recursos consumidos e impactos ambientais potenciais de produtos através do seu ciclo de vida. Uma das fases do estudo, a Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida (AICV), refere-se ao processo quantitativo e/ou qualitativo aplicado na avaliação dos impactos associados ao inventário do ciclo de vida. Dentre os impactos ambientais abordados na AICV estão aqueles relacionados ao uso da terra, sendo avaliados segundo duas vertentes: impactos sobre a biodiversidade e impactos sobre Serviços Ecossistêmicos. A modelagem dos impactos dos serviços ecossistêmicos na ACV ainda apresenta limitações e alguns erros conceituais como, por exemplo, não avaliar de fato os benefícios fornecidos ao homem. Além disso, um dos grandes desafios na ACV refere-se à diferenciação espacial nos procedimentos metodológicos de AICV, sobretudo para impactos devido ao uso da terra. Assim, o principal objetivo desde estudo é discutir a inserção do conceito de serviços ecossistêmicos na ACV e obter fatores de caracterização de impactos em serviços ecossistêmicos relacionados ao solo para a AICV, aplicáveis de maneira regionalizada para o Brasil. A revisão de literatura e comparação do mecanismo ambiental para os impactos do uso da terra na AICV com o modelo em cascata de serviços ecossistêmicos possibilitou o desenvolvimento de um novo modelo conceitual para serviços ecossistêmicos relacionados solo. Cada uma das etapas do modelo de cascata foi alinhada à terminologia da ACV para coincidir com os níveis de modelagem de ponto intermediário e de danos ao mesmo tempo considerando os principais processos, funções, serviços, benefícios e valores relacionados ao solo. Além disso, foram calculados fatores de caracterização para impactos aos serviços ecossistêmicos relacionados à fertilidade do solo através da aplicação de um modelo de caracterização de AICV espacialmente diferenciado. O procedimento metodológico envolveu (i) a definição do mecanismo ambiental, tendo como indicador o teor de Carbono Orgânico do Solo (COS), (ii) a definição da Vegetação Natural Potencial como situação de referência e (iii) a definição das unidades biogeográficas de análise denominadas Associação Solo-Vegetação (ASV). Com base nestes parâmetros, foram calculados os estoques de COS para 32 classes diferentes de uso da terra e os estoques de COS para as situações referência, necessários para o cálculo dos impactos resultantes do uso da terra. Foram calculados e disponibilizados mais de três mil fatores de caracterização aos usuários de ACV, aplicáveis em 32 classes diferentes de uso da terra para 74 unidades biogeográficas (ASV). Além desses, foram obtidos fatores de caracterização também para as 27 unidades federativas do país, que apesar de estarem agregados em divisões políticas, levam em consideração dados regionais de COS. Por fim, os resultados e discussões deste trabalho contribuem na integração de dois campos de estudo e podem auxiliar ao melhor entendimento do sistema de produtos, não apenas focando em danos ambientais, mas também possibilitando a identificação de impactos positivos e agregação de valor. / Life Cycle Assessment (LCA) is a structured, comprehensive and standardized method at international level that quantifies information on emissions, resources consumed and potential environmental impacts of products through their life cycle. One of it phases, the Life Cycle Impact Assessment (LCIA), refers to the quantitative and/or qualitative process applied in assessing the impacts associated with the life cycle inventory. Among the environmental impacts addressed in LCIA are those related to land use, being evaluated according to two pathways: impacts on biodiversity and impacts on ecosystem services. The ecosystem services impact modelling on LCA still presents limitations and some conceptual errors, such as not actually evaluating the benefits provided to humans. In addition, one of the major challenges in LCA relates to the spatial differentiation in LCIA methodological procedures, especially for impacts due to land use. Thus, the main goal of the present study is to discuss the ecosystem services concept integration in LCA and obtain characterization factors of soil-related ecosystem services impacts, regionally applicable to Brazil. The literature review and the LCA environmental mechanism of land use impacts and the cascade model of ecosystem services comparison allowed the development of a new conceptual model for soil-related ecosystem services. Each one of these steps in the cascade model was aligned with the LCA\'s terminology to match the midpoint and endpoint modelling levels while considering the key processes, functions, services, benefits, and values related to the soil. In addition, characterization factors for ecosystem services related to soil fertility were calculated applying a spatially differentiated characterization model. The methodological procedure involved the (i) environmental mechanism definition, establishing the Soil Organic Carbon content (SOC) as an indicator, (ii) the definition of Potential Natural Vegetation as a reference situation and (iii) the definition of the biogeographic analysis units denominated Soil Vegetation Association (SVA). Based on these parameters, SOC stocks were calculated for 32 different land use classes and SOC stocks for reference situations allowing the calculation of impacts resulting from land use. More than two thousand characterization factors were calculated, being available to LCA users, applicable in 32 different land use classes to 74 biogeographic units (SVA). In addition, characterization factors were also obtained for the 27 Brazilian federative units, which, although aggregated in political divisions, consider SOC regional data. Finally, the results and discussions of this study contribute to the integration of two scientific domains and help to better understand the product system, not only focusing on environmental damages, but also enabling the identification of positive impacts and value aggregation.

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

O Brasil é um país de grande extensão territorial, dividido pelo IBGE em cinco regiões. Sua ocupação espacial desordenada vem, desde o inicio da colonização até os dias atuais, apresentando graves problemas ambientais que se agravaram devido ao rápido aumento da extensão de terras ocupadas sem um planejamento correto. A crescente pressão para a preservação dos recursos naturais tem demandado por estudos e planejamentos integrados. O presente trabalho busca caracterizar os municípios brasileiros a partir de índices de solos, índices de clima e dados sócio-econômicos. Para isso, foi construído um banco de dados de solos a partir da digitalização de um conjunto de atributos de solos do Projeto RADAM Brasil e Levantamentos Nacionais de Solos. Esses atributos foram profundidade do solo, drenagem, argila, matéria orgânica, CTC, m% e V% transformados em índices que variaram de 1 a 10, conforme o grau de importância em relação às características usadas. Um banco de dados de índices de clima, obtida a partir dos dados de 837 estações climáticas do Brasil, com os dados de temperatura, precipitação e radiação mensais para geração do Índice de Temperatura e Radiação (ITR) e do Índice de Temperatura e Precipitação (ITW). Esses índices, que variaram de 0 a 10, foram determinados para culturas anuais e perenes. Foi também utilizada uma base de dados sócio-econômicos obtidos do Censo Agropecuário de 1995/1996 do IBGE, além de outros levantamentos censitários. As bases de dados de solos e clima foram transportadas para a malha municipal brasileira de 1997 (IBGE) por operações de geoprocessamento, resultando em uma base georreferenciada edafoclimática que, relacionada aos dados sócio-econômicos, permitiu estudar a complexidade dos municípios brasileiros. A utilização dos métodos estatísticos multivariados, permitiu identificar relações entre o desenvolvimento sócio-econômico do município e seus recursos edafoclimáticos (interações entre solos e climas), nas cinco regiões brasileiras. Os resultados obtidos neste trabalho evidenciaram que o banco de dados dos índices de solo e clima, acoplado a um Sistema de Informações Geográficas, constitui-se numa ferramenta adequada para uso na elaboração de diagnóstico em um planejamento de aptidão ao uso da terra. Os resultados obtidos através do estudo utilizando geoprocessamento resultaram em uma base de dados geográficos de solos e clima que, relacionados aos dados sócio-econômicos, possibilitaram uma visão global das características dos municípios por região do Brasil, podendo, assim, auxiliar a implementação de políticas de desenvolvimento mais coerentes para o setor primário. Dentre as técnicas de análise multivariada, a análise de agrupamento permitiu reduzir-se o número de municípios por similaridade e por região, enquanto a análise fatorial influenciou, em maior ou menor grau, na caracterização dos municípios. A análise de correlação canônica permitiu observar que os conjuntos de variáveis considerados são dependentes. Entretanto, as técnicas de análise fatorial e correlação canônica aplicadas aos dados não permitiram muitas generalizações. Provavelmente estes métodos não correspondem à maneira pela qual as condições naturais se relacionam com o desenvolvimento. As razões de cada grupo, o significado de cada fator e correlação, no entanto, só podem ser determinados em outra escala de trabalho, considerando as especificidades e a história local. / Brazil is a large territorial country, divided by into five regions (from IBGE data) that show a disordered spatial occupation, an increasing problem existing since the early days of its colonization. The pressure for preservation of the natural resources demands profound studies and integrated planning related to specific data, environmental factors and social-economical aspects. Correct decisions need the support of studies and planning based on trustful information. The aim of this study was to characterize the Brazilian territory from soil, climate and social-economical data and indexes. A digital database was built from a digitalization of soil attributes, collected from samples analyzed in laboratory and field observations, available from years 1970 to 1986. These attributes were converted to scores varying from 1 to 10, depending on the characteristic importance. The climate indexes (ITR and ITW) were obtained from a digital climate database according to converted scores varying from 0 to 10, determined to both annual and perennial crops. A social-economical database was also used and integrated by geoprocessing tools and procedures. The soil and climate databases were transported to the municipal polygons using geoprocessing. This procedure allowed the study of the counties complexities based on a set of soil, climate and social-economical variables. The multivariate statistics methods applied permitted the identification of municipalities social-economical aspects and environmental resources relationships. The results showed that soil and climate database stands for a suitable tool in the diagnostic and planning of soil use. The results also showed a national sight of regional characteristics, an important help for establishment of most development policy actions. Among multivariate statistics methods, cluster analysis decreased counties number by similarity and by region. Factor analysis influenced in municipalities characterization and canonical correlation analysis showed that variable sets were dependent. Nevertheless, canonical correlation and factor analysis did not permit generalizations, mainly when they are not related to development. It is necessary to use another work scale that considers local history and specificities.

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

As pastagens são o principal uso da terra no mundo, ocupando dois terços de sua área agricultável e três quartos da área agricultável do Brasil. Quando bem manejadas, as pastagens possuem alta capacidade de estocar C no solo, porém podem perder até 50% do C do solo quando em avançado estágio de degradação. Os objetivos desse trabalho foram quantificar o potencial de sequestro de C e avaliar a dinâmica da matéria orgânica no solo em locais de conversão de pastagens degradadas para bem manejadas no Brasil. Para tanto, foram avaliadas as alterações dos estoques de C no solo nas pastagens do Brasil através de uma meta-análise, bem como os fatores de manejo e as taxas de variações do estoque de C no solo em diferentes status de pastagens. Em sete cronossequências situadas em Vila Bela da Santíssima Trindade (MT), Nova Xavantina (MT), Conquista D\'Oeste (MT), Dueré (TO), Carmolândia (TO) e Paraíso (TO), foram determinadas as alterações na quantidade e na qualidade da Matéria Orgânica do Solo (MOS). Foram determinados os estoques de C e N e as taxas de variação locais. A qualidade da MOS foi avaliada por meio de análise isotópica, fracionamento físico, Índice de Manejo do C (IMC), grau de humificação (HFIL) e teor de C na Biomassa Microbiana (C-BM). Através da meta-análise, estimou-se que no Brasil os solos sob pastagens degradadas apresentam redução dos estoques de C de 0,13 Mg ha-1 ano-1. As pastagens nominais foram capazes de aumentar o estoque de C no solo, enquanto as pastagens melhoradas nem sempre mantiveram os estoques semelhantes aos da vegetação nativa. A recuperação das pastagens promove acúmulo de C no solo na faixa de 0,40 Mg ha-1 ano-1. O cumprimento da meta de recuperação dos 30 milhões de hectares de pastagens resultará no acumúlo de 12 Tg ha-1 ano-1 de C. A degradação das pastagens nos estados do Mato Grosso e Tocantins reduziu os estoques de C no solo numa faixa de -0,06 Mg ha-1 ano-1, enquanto a recuperação das mesmas proporcionou aumento de 0,12 Mg ha-1 ano-1. Nas pastagens avaliadas, cerca de 54% do C é originado das gramíneas cultivadas. A fração orgânica foi a mais sensível às Mudanças de Uso da Terra (MUT), promovendo diminuição dos estoques de C nessa fração. A implantação de pastagens tem impacto negativo na qualidade da MOS, com diminuição do IMC de até 70%. Contudo, se bem manejadas, o IMC das pastagens pode ser superior ao da vegetação nativa, como acontece quando a pastagem é consorciada com Pueraria spp. O C-BM e o grau de humificação não foram alterados após a implantação ou a recuperação das pastagens, não sendo bons indicadores de qualidade da MOS. As alterações dos estoques de C nas frações da MOS e o IMC foram os indicadores mais eficientes de alterações da qualidade da MOS em pastagens. As recuperação de pastagens degradadas promove aumento no estoque de C no solo e melhoria da qualidade da MOS. / Pastures are the main land use in the world, occupying two-thirds of the world\'s arable land and three quarters of agricultural areas of Brazil. When well-managed, pastures have a high capacity to store SOC, but they may lose up to 50 % of stock SOC when in an advanced stage of degradation. The objective of this work was to quantify the potential of carbon sequestration and to evaluate soil organic matter dynamics in the conversion of degraded pastures to well-managed in Brazil. We evaluated changes in stocks SOC in pastures in Brazil through a meta-analysis, determining the management factors and the rates of stocks SOC changes in different pasture status. In seven cronossequences located in Vila Bela da Santíssima Trindade (MT), Nova Xavantina (MT), Conquista D\'Oeste (MT), Dueré (TO), Carmolândia (TO) and Paraíso (TO) were determined the changes in the quantity and quality of soil organic matter (SOM). C and N stocks and rates of local variations were determined. The quality of the SOM was evaluated through isotopic analysis, physical fractionation, C management index (CMI), degree of humification (HFIL) and C content in microbial biomass (MB-C). Through the meta-analysis it was estimated that in Brazil degraded pastures present a reduction of stocks SOC of 0.13 Mg ha-1 year -1. Nominal pastures were able to increase stock SOC, while improved pastures did not always maintain stocks similar to native vegetation. The recovery of pastures promotes the accumulation of C in the soil at the rate of 0.40 Mg ha-1 year -1. Meeting the recovery goal of 30 million ha of pasture will result in the accumulation of 12 Tg C ha-1year -1. The degradation of pastures in the states of Mato Grosso and Tocantins reduces C stocks in the soil at a rate of 0.06 Mg C ha-1 year-1. While the recovery of degraded pastures has the potential to increase C stocks in the soil with rate of 0.12 Mg C ha-1 year-1. In the pastures evaluated, about 54% of the C originates from the cultivated grasses. The organic fraction was the most sensitive to LUC, promoting the decrease of C stocks in this fraction. Pasture implantation has a negative impact on SOM quality, with a reduction in the CMI of up to 70%; however, if managed well, the CMI of pastures may be higher than that of native vegetation. The MB-C and degree of humification were not altered after the implantation or the recovery of the pastures. Changes in C stocks in SOM fractions and CMI were the most efficient indicators of changes in SOM quality in pastures. The recovery of degraded pastures promotes an increase in C stock in the soil and an improvement in the quality of the MOS.

Nas últimas décadas as mudanças climáticas foram evidenciadas pelo aumento da temperatura global, diminuição dos estoques de carbono terrestres, associados ao aumento nas emissões de gases de efeito estufa (GEE). A floresta Amazônica é o maior bioma tropical do mundo e desenvolve serviços ambientais estratégicos no planeta. Entretanto, há mais de duas décadas que o desmatamento na Amazônia impulsiona as emissões globais de GEE, diminuindo o armazenamento de carbono do solo com alterações na dinâmica nas populações microbianas e nos ciclos biogeoquimicos pela mudança de uso da terra. O objetivo desse estudo foi avaliar as alterações temporais dos atributos químicos do solo, quantificar as emissões de CO2, CH4 e N2O e verificar as alterações na estrutura bacteriana do solo após o corte e queima de vegetação nativa na Amazônia. O estudo foi desenvolvido em área de vegetação nativa no norte do estado de Rondônia, região sul da Amazônia no Brasil. A área de estudo consistiu-se de quatro hectares, onde foi realizado o corte e queima em 2,25 hectares. Foram realizadas amostragens para avaliação da fertilidade do solo e estoques de carbono (C) e nitrogenio (N) nas profundidades de 0-5, 5-10, 10-15, 15-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-80 e 80-100 cm. As coletas foram realizadas em vegetação nativa e aos 2, 30, 60, 90, 120, 240 e 365 dias após corte e queima. Foram determinados os atributos pH, Al, H+Al, Ca, Mg, K, P, C, N e calculados os valores de soma de bases, CTC, V % e m %. As coletas para quantificar as emissões dos GEE foram realizadas simultaneamente na área de vegetação nativa e no hectare central da área de corte e queima aos 19, 31, 48, 61 e 81 dias após corte e 2 , 4, 6, 8, 15, 31, 45, 61, 88, 122, 153, 180, 240 e 350 dias após queima, com amostragens aos 0, 20, 40 e 60 minutos. Os atributos microbiológicos do solo foram avaliados pela técnica de T-RFLP com amostragens realizadas simultaneas nas duas áreas, aos 32 e 62 dias após o corte e aos 2, 15, 30, 45, 60, 90, 120, e 360 dias após queima da biomassa vegetal. Foi verificado rápido aumento da fertilidade do solo e diminuição da acidez e teores de Al+3 após a queima, entretanto esse efeito foi pouco persistente, retornando ao status inicial do solo após um ano. Houve redução de 30 % nos estoques de C e N do solo no final do estudo, evidenciando os efeitos deletérios da mudança do uso da terra nos atributos químicos do solo. Foi registrado redução de 50 % das emissões de CO2 equivalente após o corte, comparada à vegetação nativa e reduções nas emissões de GEE de 35 % após um ano de estudo. Verificou-se na camada superficial, alterações significativas na estrutura da comunidade bacateriana do solo em decorrência do impacto do fogo e das alterações nos atributos químicos em função da deposição superficial de cinzas no solo, entretanto não foi verificada alterações significativa nas camadas abaixo de 5 cm. Este estudo forneceu importantes informações para o entendimento dos impactos e as alterações causadas pelo processo de conversão florestal tropical pelo corte e queima de vegetação nativa na Amazônia. / In recent decades, climate change has been evidenced by the increase in global temperature and the decrease in terrestrial carbon stocks, associated with an increase in greenhouse gas (GHG) emissions. The Amazon rainforest is the largest tropical biome in the world and develops strategic environmental services on the planet. However, for more than two decades, deforestation in Amazon has driven global GHG emissions, reducing soil carbon storage with changes in microbial populations dynamics and in biogeochemical cycles due to land use change. The objective of this study was to evaluate the temporal alterations of soil chemical attributes, quantify CO2, CH4 and N2O emissions and verify changes in soil bacterial structure, due to the slash and burn of the native vegetation in Amazon. The study was developed in an area of native vegetation in the north of Rondônia state, southern region of Amazon in Brazil. The study area consisted of 4 hectares, where it was cut and burned in 2.25 hectares. Samples were collected to evaluate soil fertility and carbon (C) and nitrogen (N) stocks at the depths of 0-5, 5-10, 10-15, 15-20, 20-30, 30-40, 40- 50, 50-60, 60-80 and 80-100 cm. These samples were collected in native vegetation at 2, 30, 60, 90, 120, 240 and 365 days after cutting and burning. The attributes pH, Al, H + Al, Ca, Mg, K, P, C, N were determined and the values of base sum, CEC, base saturation and aluminum saturation were calculated. The samples to quantify GHG emissions were carried out simultaneously in the native vegetation area and in the central hectare of the cutting and burning area at 19, 31, 48, 61 and 81 days after cutting and 2, 4, 6, 8, 15, 31, 45, 61, 88, 122, 153, 180, 240 and 350 days after burning, with samples at 0, 20, 40 and 60 minutes. The microbiological attributes of the soil were evaluated by T-RFLP technique with simultaneous samplings in the two areas, at 32 and 62 days after cutting and at 2, 15, 30, 45, 60, 90, 120, and 360 days after plant biomass burning. A rapid increase in soil fertility and a decrease in acidity and Al+3 contents after burning were verified, however this effect was not persistent, returning to the initial soil status after one year. There was a 30 % reduction in soil C and N stocks at the end of the study, evidencing the deleterious effects of land use change on soil chemical attributes. Also, a 50 % reduction in CO2 emissions after cutting, compared to native vegetation and, a 35 % reduction in GHG emissions after one year of study, were observed. We verified in the surface layer, significant alterations in the soil bacteria structure due to the fire impact and the changes in the chemical attributes, such as surface deposition of ashes. However, we did not verified significant changes in the layers lower than 5 cm. Our study provided important information for understanding the impacts and changes of the tropical forest conversion process by slash and burning native vegetation in Amazon.

The Amazon rainforest is considered the world\'s largest reservoir of plant and animal biodiversity, but in recent years has been subjected to high rates of deforestation for the conversion of native areas into agricultural fields and pasture. The understanding of the effects of land-use change on soil microbial communities is essential, taking into account the importance that these organisms play in the ecosystem. In this context, this thesis evaluated the effect of these changes on microorganism communities in soils under different land-use systems. In the first study, the microbial communities were analyzed using the nextgeneration sequencing Illumina Hiseq2000, considering samples from native forest, deforested area, agriculture and pasture. From the analysis of approximately 487 million sequences was possible to show that microbial communities respond differently in each landuse system, with changes in both taxonomic and functional diversity. Also, we suggested that ecosystem function in forest soils is maintained by the abundance of microorganisms, while in disturbed areas such functioning is maintained by high diversity and functional redundancy. In the second study, we assessed the extent to which a particular plant species, i.e. soybean, is able to select the microbial community that inhabits the rhizosphere. From the metagenomic sequencing by the 454 GS FLX Titanium platform we investigated the taxonomic and functional diversities of soil and rhizosphere communities associated to soybean, and also tested the validity of neutral and niche theories to explain rhizosphere community assembly process. The results suggest that soybean selects a specific microbial community inhabiting the rhizosphere based on functional traits, which may be related to benefits to the plant, such as growth promotion and nutrition. This process of selection follows largely the niche -based theory indicating the selection power of the plant and other environmental variables in shaping the microbial community both at the taxonomic and functional level. This thesis highlights the importance of microbial ecology studies in the context of the Amazon to a better understanding of the effects of deforestation on microorganisms, and provides information that can be suitable for future development of sustainable approaches for the ecosystem use / A floresta Amazônica é considerada o maior reservatório de biodiversidade vegetal e animal do mundo, porém, nos últimos anos tem sido submetida à altas taxas de desmatamento para a conversão de áreas de mata nativa em campos de agricultura e pastagem. A compreensão sobre os efeitos dessa mudança de uso da terra sobre as comunidades microbianas do solo é fundamental, levando-se em consideração a importância que esses organismos desempenham no ecossistema. Neste contexto, este trabalho de tese avaliou o efeito dessas mudanças sobre as comunidades de micro-organismos em solos sob diferentes sistemas de uso. No primeiro estudo, as comunidades microbianas foram analisadas por meio do sequenciamento de nova geração Illumina Hiseq2000, sendo consideradas amostras de áreas de floresta nativa, área desmatada, agricultura e pastagem. A partir da análise de aproximadamente 487 milhões de sequências foi possível mostrar que as comunidades microbianas respondem diferentemente em cada sistema de uso do solo, com alterações tanto na diversidade taxonômica quanto funcional. Também, sugere-se que o funcionamento do ecossistema em solos de floresta é mantido pela abundância dos micro-organismos presentes, enquanto nas áreas alteradas esse funcionamento é mantido pela alta diversidade e redundância funcional. No segundo estudo foi avaliado até que ponto uma espécie de planta, i.e. soja, é capaz de selecionar a comunidade habitante de sua rizosfera. A partir do sequenciamento metagenômico pela plataforma 454 GS FLX Titanium da Roche foi investigado a diversidade taxonômica e funcional das comunidades de solo e rizosfera associadas à soja, e testou-se a validade das teorias neutras e de nicho para explicar o processo de formação das comunidades microbianas. Os resultados sugerem que a soja seleciona uma comunidade específica que habita sua rizosfera com base em atributos funcionais, os quais podem estar relacionados com benefícios à planta, como promoção do crescimento e nutrição. Esse processo de seleção segue a teoria de nicho, indicando o poder de seleção da planta e de outras variáveis ambientais em moldar as comunidades microbianas tanto de forma taxonômica quanto funcional. Esta tese destaca a importância de estudos em ecologia microbiana no contexto da Amazônia para uma melhor compreensão dos efeitos do desmatamento sobre os microrganismos e disponibiliza informações que podem ser futuramente utilizados para o desenvolvimento de metodologias mais sustentáveis para o uso do ecossistema

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-03-30Bitstream added on 2014-06-13T19:22:46Z : No. of bitstreams: 1 morais_eb_dr_rcla.pdf: 1118558 bytes, checksum: 4b3fe4c2f68bd64211a9cd9b6d7a602f (MD5) / O objetivo deste estudo foi a determinação de indicadores microbiológicos, metais e IQA (Índice de Qualidade da Água) na microbacia do rio Cabeça, SP. Também foi realizada a avaliação da evolução do uso da terra e cobertura vegetal nesta microbacia visando a preservação não somente das águas, mas toda “teia complexa” das relações existentes entre parâmetros físicos, biológicos e antrópicos em uma bacia hidrográfica. A crescente degradação da qualidade dos recursos hídricos devido a ações antrópicas torna necessário o monitoramento da qualidade ambiental desses ecossistemas. O rio Cabeça é um afluente na bacia do rio Corumbataí, unidade ambiental de extrema importância econômica e social por apresentar potencial hídrico capaz de abastecer as cidades de Analândia, Corumbataí, Rio Claro, Santa Gertrudes, Ipeúna, Itirapina e Charqueada e ainda permitir a exportação de água para municípios localizados em bacias vizinhas, tais como Araras e Piracicaba, onde os problemas hídricos são bastante sérios. Cinco pontos de amostragem foram determinados ao longo do rio Cabeça além de outros dois pontos no corpo hídrico que recebe a suas águas, o rio Passa Cinco, um a montante e outro a jusante do ponto de encontro de ambos os rios. Coletas foram realizadas uma vez por mês durante o período de abril/2007 a março/2009. Os parâmetros DBO e Escherichia coli estiveram em desacordo com o estabelecido pelo Decreto Estadual 8468/1976 e pela Resolução CONAMA 357/2005 para rios de classe 2. Ferro e pH também desrespeitaram os padrões fixados na Resolução citada. Os metais Cu, Cr e Ni não foram detectados durante o período de estudo e Cd e Pb foram encontrados somente em algumas amostras. Há predomínio de pastagem e de cana-de-açúcar e uma tendência de aumento dessas atividades. O rio Passa Cinco não teve alterações significativas dos parâmetros... / In this study, the microbiological indicators, metals and WQI (Water Quality Index) in the Cabeça river watershed, SP, were evaluated. The evolution of land use and vegetation cover was also studied to preserve not only the water, but the “complex web” of relations between physical, biological and social parameters in a watershed. Due the increasing degradation of water quality by the human activities is necessary to monitor the environmental quality of these ecosystems. The Cabeça river is a tributary in the Corumbataí river watershed, an environmental unit of extreme economic and social importance due the water potential able to supply the cities of Analândia, Corumbataí, Rio Claro, Santa Gertrudes, Ipeúna, Itirapina and Charqueada and allow to export water to cities located in neighboring watershed, such Araras and Piracicaba, where water problems are serious. Five sampling points were selected over the course of the Cabeça river and other two points on the Passa Cinco river, that receiving the water of that river, one point upstream and one downstream from the point of encounter between the two rivers. Samples were collected once a month during the period from April/2007 to March/2009. The results showed that the BOD and Escherichia coli were above the limits establishing to river class 2 by State Decree 8468/1976 and CONAMA 357/05 Resolution. Iron and pH were also out of the limits recommended by Resolution. The metals Cu, Cr and Ni were not detected during the study period and Cd and Pb were found only in a few samples. There is a predominance of pasture and cane sugar and a tendency to increase these activities. The Passa Cinco river had not significant changes in the water quality parameters, after receiving the waters from Cabeça river. The WQI showed that the water quality of the rivers studies is classified as good, but risks of degradation... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2016-12-23T13:51:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Franciane Lousada Rubini de Oliveira Louzada.pdf: 7882995 bytes, checksum: 911090680ef129c2379670c2323285a6 (MD5) Previous issue date: 2010-12-05 / Este trabalho teve como objetivo principal propor rotas para implantação de Corredores Ecológicos utilizando Geotecnologias. Os objetivos específicos foram: delimitar as Áreas de Preservação Permanente em faixa marginal dos cursos d água, ao redor de nascentes, nas encostas com declividade superior a 45º e no terço superior dos topos de morro e montanha; analisar as áreas de confronto de uso e cobertura da terra em APPs do entorno dos Parques Estaduais de Forno Grande e Pedra Azul - ES, sob a ótica da Legislação Ambiental; e Avaliar a predisposição dos proprietários rurais quanto a aceitação da implantação dos Corredores Ecológicos. Primeiramente foram mapeadas 14 classes de uso e cobertura da terra mediante interpretação visual, nas quais predominaram a cobertura florestal (21.349,03 ha - 41,8 %), seguidas de pastagem (14.551,35 ha - 28,4 %), agricultura (5.032,47 ha - 9,8 %) e área em regeneração (3.064,38 ha - 6,0 %). O predomínio de cobertura florestal demonstra o estado de conservação da região e a importância das zonas de amortecimentos dos Parques Estaduais. Seguindo as definições da Resolução nº 303 do CONAMA, foram delimitadas as Áreas de Preservação Permanente (APPs) que ocuparam aproximadamente 23.453,93 ha, representando 45,9 % da área total, sendo que 35,6 % destas apresentaram uso indevido, destacando-se a pastagem, a agricultura e o reflorestamento com eucalipto. Em seguida, utilizando a metodologia de distância de menor custo, foram propostas seis rotas para implantação de Corredor Ecológico, nomeados de Corredor A , B , C , D , E e F . A melhor proposta foi o Corredor A , com 15.144,76 de comprimento, 1.514,48 de largura e 2.099,57 ha, baseado nas imagens de APPs, Uso da Terra, Declividade e Confronto do Uso da terra nas APPs. Um fator relevante para escolha deste corredor foi a existência de grande área de cobertura vegetal e área em regeneração, maior área de APPs preservadas e por possuir um grande potencial turístico e agropecuário. Para avaliar a predisposição dos proprietários rurais quanto à aceitação da implantação dos Corredores Ecológicos em suas propriedades foi aplicado um questionário. Somente 21,8% souberam o que era um Corredor Ecológico e 70,9% tiveram interesse que o mesmo fosse estabelecido em suas propriedades. De acordo com os resultados, conclui-se que a metodologia adotada mostrou-se eficiente, produzindo de forma automatizada, informações precisas sobre sua dimensão e distribuição espacial na paisagem e elaboração de mapas analógicos e digitais / This work had as main objective to propose routes for Ecological Corridors implantation using Geotechnologies. The specific objectives were to define the permanent preservation areas on marginal band of water courses, around springs, on slopes with declivity higher than 45 degrees and on the upper third of the hills and mountains tops; analyze the areas of use confrontation and land cover in the APPs of the surroundings of the State Parks Forno Grande and Pedra Azul - ES, from the viewpoint of Environmental Law; and to evaluate landowners predisposition regarding the acceptance of the Ecological Corridors implantation. First, 14 use classes and land cover were mapped by visual interpretation, in which the forest cover was predominant (21,349.03 ha - 41.8%), followed by pasture (14,551.35 ha - 28.4%), agriculture ( 5,032.47 ha - 9.8%) and regenerating area (3,064.38 ha - 6.0%). The predominance of forest cover shows the conservation status of the region and the importance of buffer zones of the State Parks. Following the definitions of Resolution No. 303 of CONAMA, the Permanent Preservation Areas (PPAs) were delimited which occupied approxi ately 23,453.93 ha, representing 45.9% of total area, and 35.6% of these presented misuse, especially the pasture, agriculture and reforestation with eucalyptus. Then, using the methodology of distance of less expense, six routes were proposed for implementation of the Ecological Corridor, named as Corridor "A", "B", "C", "D", "E" and "F". The best proposal was the Corridor "A", with 15,144.76 long, 1,514.48 and 2,099.57 ha in width, based on APPs images, Land Use, Slope and Confrontation of Land Use in APPs. A significant factor for choosing this corridor was the existence of large areas of vegetation and area in regeneration, the largest area of PPAs preserved and possessing great potential for tourism and agriculture. To evaluate the predisposition of landowners in accepting the implementation of the Ecological Corridors in their properties a questionnaire was applied. Only 21.8% knew what was an ecological corridor and 70.9% were interested in its implementation on their properties. According to the results, we conclude that the methodology was efficient, producing in an automated form, accurate informations about their size and spatial distribution in the landscape and development of analog and digital maps

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O presente trabalho teve o objetivo testar se a composição isotópica de carbono e nitrogênio (δ13C e δ15N) do perifíton, do material orgânico particulado e das algas filamentosas acompanha o gradiente de impacto antropogênico presente na Bacia Hidrográfica Guapi-Macacu, no estado do Rio de Janeiro. O gradiente de impacto nesta área é formado pelo desmatamento da vegetação ripária, atividades agropecuárias e urbanização. Os valores de δ13C dos componentes estudados não acompanharam o impacto presente nas microbacias dos pontos estudados. Apenas o δ15N do perifíton e das algas filamentosas acompanharam o impacto. Seus valores aumentam com o aumento do impacto mostrando que assimilam o material proveniente de fontes antropogênicas como esgoto e fertilizantes. O δ15N do perifíton mostrou-se muito sensível às mudanças da paisagem do entorno do rio presentes na região. Assim, a composição isotópica do nitrogênio do perifíton pode ser uma importante ferramenta para aplicação de monitoramento e recuperação da integridade de sistemas aquáticos da região / We investigate if isotopic composition of streams system components can respond to anthropogenic alterations in a river landscape. In recent years environmental managers have sought biomonitoring tools that reflect ecosystem functioning as well as correlating sensitively with impacts. Stable isotope ratios of carbon and nitrogen relate to food webs and nutrient cycling as well as to potential sources of pollution. In this study we tested if the stable isotopic composition of carbon and nitrogen (δ13C and δ15N) of periphyton, fine particulate organic matter and filamentous algae responded to anthropogenic impacts in the Hydrologic Basin of Guapi-Macacu, close to Rio de Janeiro city, Brazil. The anthropogenic impacts were riparian deforestation, agriculture, pasture and urban occupation. We quantified these using satellite imagery and measurement of water chemistry. The δ13C values of periphyton, FPOM and algae did not respond to anthropogenic alteration. δ15N values of periphyton and of filamentous algae increased with landscape alteration. This is probably because these compnents assimilate enriched anthropogenic inputs such as sewage and fertilizers. δ15N of periphyton was very sensitive to small changes in landuse and was linearly related to percent alteration. We suggest that it can be a powerful tool for monitoring and restoration programs of this region.