Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2017-03-23T13:07:11Z No. of bitstreams: 1 Apolo Alves Ribeiro.pdf: 1727548 bytes, checksum: 8e7f8a7459cd445c7152921b7145c618 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-23T13:07:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Apolo Alves Ribeiro.pdf: 1727548 bytes, checksum: 8e7f8a7459cd445c7152921b7145c618 (MD5) Previous issue date: 2014-12-09 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Many important processes occurring in ecosystems, such as photosynthesis and productivity of vegetation, are associated with the exchange of CO2, water and energy. Accurate measurement of these fluxes are therefore fundamental to a broad understanding of the carbon cycle in terrestrial ecosystems. However, no such study was conducted under the conditions of the Agreste of Pernambuco, with the bean crop. Given the above, this study aimed to quantify the water, energy and CO2 fluxes in soil cultivated with bean under rainfed conditions. The study was conducted in a bean producing area of the city of São João, where were installed sensors to measure these fluxes, using the energy balance method - eddy covariance (energy and CO2 fluxes) and soil water balance method (water fluxes) in the period from 31/05/2013 to 08/20/2013. In addition to these measurements were also measured height, leaf area index (LAI) and the bean yield. Regarding the components of the water balance was found that the flow of water at a depth of 35 cm (deep drainage and/or capillarity rise) had very low values. It was also observed that the periods of high rainfall resulted in higher water storage in soil and increased evapotranspiration (ET). The ET obtained by water balance method had a total and average values of 146.0 mm and 1.78 mm d-1, respectively. The bean presented its highest water consumption during the reproductive period (29/06/2013 to 29/07/2013), with an average value of 2.55 mm d-1. Regarding the energy fluxes, it was found that the latent heat flux (LE) consumed on average 78.46% of the radiation (Rn). The ET, measured by the eddy covariance method, was total value of 179.3 mm, with a mean value of 2.2 mm d-1. Bean yield was 2,050 kg ha-1, with water use efficiency of 1.16 kg m-3. Regarding the CO2 fluxes, it was observed that the same varied from -11.21 to -0.75 mol m-2 s-1, indicating the occurrence of carbon sequestration by the crop. On average, bean sequestered 54 kg C ha-1 per day, the equivalent to 3.3 t C ha-1 during the trial period. / Muitos processos importantes que ocorrem nos ecossistemas, tais como, a fotossíntese e a produtividade da vegetação, estão associados com as trocas de CO2, água e energia. Medições precisas desses fluxos são, portanto, fundamentais para uma ampla compreensão do ciclo do carbono em ecossistemas terrestres. No entanto, nenhum estudo desse tipo foi realizado nas condições do agreste meridional de Pernambuco, com a cultura do feijão. Diante do exposto, o presente trabalho objetivou quantificar os fluxos de água, de energia e de CO2 em solo cultivado com feijão sob condições de sequeiro. O trabalho foi realizado em uma área produtora de feijão do município de São João, onde se instalou sensores para medir esses fluxos, usando as metodologias do balanço de energia - correlação dos turbilhões (fluxos de energia e de CO2) e do balanço hídrico no solo (fluxos de água) no período de 31/05/2013 a 20/08/2013. Também foram determinadas a altura, o índice de área foliar (IAF) e a produtividade do feijão. Em relação aos componentes do balanço hídrico verificou-se que o fluxo de água (drenagem profunda e/ou ascensão capilar) na profundidade de 35 cm teve valores muito baixos, como também que os períodos de elevada pluviosidade resultaram em maior armazenamento de água no solo e maior evapotranspiração (ET). A ET do feijão pelo método do balanço hídrico teve valor total e médio de 146,0 mm e 1,78 mm d-1, respectivamente. A cultura apresentou seu maior consumo de água no período reprodutivo (29/06/2013 a 29/07/2013), com valor médio de 2,55 mm d-1. Quanto aos fluxos de energia, verificou-se que o fluxo de calor latente (LE) consumiu em média 78,46% do saldo de radiação (Rn). A ET medida pela metodologia da correlação dos turbilhões obteve valor total durante o período experimental de 179,3 mm, com média de 2,2 mm d-1. A produtividade do feijão foi de 2.050 kg ha-1, com eficiência do uso de água de 1,16 kg m-3. Em relação aos fluxos de CO2, observou-se que os mesmos variaram de -0,75 a -11,21 mol m-2 s-1, indicando a ocorrência de sequestro de carbono pelo feijão. Em média, o feijão sequestrou 54 kg de C ha-1 por dia, o equivalente a 3,3 t de C ha-1 durante o período experimental.

O crescimento e o desenvolvimento de ecossistemas florestais são fortemente influenciados pelas flutuações do clima. Sendo assim, espera-se que florestas de eucalipto de rápido crescimento sejam amplamente afetadas pelas mudanças climáticas. A utilização de métodos que possibilitem a avaliação e comparação dos atributos funcionais do xilema das árvores sob a dinâmica dos ciclos biogeoquímicos são necessários, a fim de antecipar e mitigar as consequências das mudanças climáticas no funcionamento das plantações. A análise do crescimento, anatomia, microdensidade e propriedades hidráulicas do xilema podem trazer importantes conhecimentos sobre a fisiologia das árvores. A avaliação dessas propriedades, contudo, ocorre geralmente em algumas regiões do xilema do tronco, ou ramos, sendo sua avaliação ao longo de todo o histórico das árvores um desafio. Assim, a relação entre as propriedades e atributos funcionais das árvores com os ciclos da água e do carbono no nível do ecossistema ainda não está claro. Em março de 2008, instalou-se em área localizada próxima do município de Itatinga-SP, a torre de fluxo do Projeto EucFlux. O projeto tem como objetivo avaliar os fluxos de carbono e água (eddy covariance) ao longo do crescimento e desenvolvimento de árvores de eucalipto. Isso, permite avaliar as dinâmicas biogeoquímicas sobre o ecossistema florestal, buscando predizer sua produtividade sob diferentes condições climáticas. Em novembro de 2009, mudas de Eucalyptus grandis foram plantadas na área experimental de 90 ha, sendo avaliadas (diâmetro, altura, volume, etc.) até maio de 2018 (final da rotação). Com o corte das árvores, uma análise retrospectiva das propriedades e atributos funcionais do xilema do tronco de árvores de E. grandis foi realizada. Buscando compreender as relações dessas propriedades com as variações inter-intranuais das variáveis climáticas e ciclos do carbono e da água registrados pela torre de fluxo. Os métodos, resultados e avanços do presente estudo são descritos em dois capítulos. No Capítulo I, utilizou-se amostras do lenho de Eucalyptus grandis, Tectona grandis e Cedrela fissilis, para a descrição de um protocolo para obtenção de cortes histológicos longos e seus potenciais usos para avaliação de anéis de crescimento de árvores de eucalipto e espécies arbóreas tropicais, em uma abordagem conjunta de anatomia microscópica, perfis de microdensidade e anatomia quantitativa. Para o Capítulo II, avaliou-se árvores de E. grandis, seus anéis de crescimento (classes dominantes e codominantes), relacionando o crescimento radial e as propriedades do lenho do seu tronco (anatomia e microdensidade conforme capítulo I) com os ciclos biogeoquímicos (torre de fluxo, eddy covariance) em um período de 8 anos e em resolução inter-intranual. Como também a relação da formação do xilema com o crescimento em altura das árvores no mesmo período e resolução. Observou-se diferenças significativas entre o crescimento e as propriedades do lenho das três classes de dominância, onde as dominantes, seguidas pelas codominantes e dominadas, apresentaram maiores dimensões e densidade do lenho. As variáveis climáticas e fluxos de carbono e água apresentaram forte correlação com as propriedades e atributos funcionais do lenho, onde maior temperatura média e disponibilidade de água, resultaram em maior crescimento do tronco, menor densidade do lenho e vasos de maior diâmetro e, assim, maior condutividade potencial do xilema. A evapotranspiração do ecossistema apresentou correlação significativa com todas as variáveis estudadas, sendo forte indício das flutuações das variáveis climáticas e, assim, regulador da formação do xilema e funcionamento das árvores. Observou-se correlação entre os fluxos de carbono e crescimento, onde valores mais negativos de C (maior sequestro) resultaram em maior crescimento. O evento de estresse hídrico de 2014 teve forte efeito sobre os ciclos do carbono e da água, alterando assim, as propriedades do lenho das árvores. Ainda, o crescimento em altura teve forte correlação com as propriedades do lenho, onde maior altura resultou em vasos de maior dimensão e, assim, um sistema hidráulico com maior potencial de condução, contudo, com maior risco de cavitação e falha hidráulica. Os resultados integrados apontam o forte potencial da utilização de cortes histológicos longos para espécies tropicais, aprimorando a delimitação das camadas de crescimento anuais e permitindo a quantificação de variáveis anatômicas em conjunto com perfis de microdensidade, fundamentais para estudos fisiológicos das árvores. Assim, a relação das propriedades do lenho, com as flutuações das variáveis climáticas e ciclos do carbono e da água ao longo de todo o histórico de uma rotação de eucalipto em resolução inter-intranual tornou-se possível, indicando importantes novas possibilidades para os estudos de dendrocronologia e ciências florestais. / Growth and development of forest ecosystems are strongly influenced by climate fluctuations. Thus, fast-growing eucalyptus forests are expected to be largely affected by climate change. The use of methods that allow the evaluation and comparison of the functional traits of the tree xylem under the dynamics of the biogeochemical cycles are necessary in order to anticipate and mitigate the consequences of climate change on the functioning of plantations. The analysis of the growth, anatomy, microdensity and hydraulic properties of the xylem can bring important knowledge about the physiology of the trees. The evaluation of these properties, however, usually occurs in some regions of the trunk xylem, or branches, and their evaluation throughout the entire tree history is a challenge. Thus, the relationship between the properties and functional traits of trees with water and carbon cycles at the ecosystem level is still unclear. In March 2008, the flux tower of the EucFlux Project was installed in an area located near of Itatinga-SP. The project aims to evaluate the flux of carbon and water (eddy covariance) along the growth and development of eucalyptus trees. This allows to evaluate the biogeochemical dynamics on the forest ecosystem, seeking to predict its productivity under different climate conditions. In November 2009, seedlings of Eucalyptus grandis were planted in the experimental area of 90 ha, being evaluated (diameter, height, volume, etc.) until May 2018 (end of rotation). With the cut of the trees, a retrospective analysis of the properties and functional traits of the trunk xylem of E. grandis trees was performed. Seeking to understand the relationships of these properties with inter and intra annual variations of the climate variables and cycles of carbon and water, recorded by flux tower. The methods, results and advances of the present study are described in two chapters. In Chapter I, samples of Eucalyptus grandis, Tectona grandis and Cedrela fissilis wood, were used to describe a protocol for obtaining long histological sections and their potential uses for evaluation of growth rings of eucalyptus trees and tropical tree species, in a joint approach of microscopic anatomy, microdensity profiles and quantitative wood anatomy. For Chapter II, it was evaluated E. grandis trees, their growth rings (dominant and codominant classes), relating the radial growth and the wood properties of their trunk (anatomy and microdensity according to chapter I) to the biogeochemical cycles (flux tower, eddy covariance) over a period of 8 years in inter and intra annual resolution. As also, the relation of the xylem formation with the growth in height of the trees in the same period and resolution. Significant differences were observed between growth and wood properties of the three dominance classes, where dominant, followed by codominant and dominated, had larger wood dimensions and density. The climate variables and carbon and water fluxes showed a strong correlation with the properties and functional attributes of the wood, where higher mean temperature and water availability resulted in higher trunk growth, lower wood density and larger diameter vessels, greater potential conductivity of the xylem. The evapotranspiration of the ecosystem showed a significant correlation with all the studied variables, being a strong indication of the climate variables fluctuations and, therefore, regulator of xylem formation and tree functioning. There was a correlation between carbon fluxes and growth, where more negative values of C (higher sequestration) resulted in higher growth. The water stress event of 2014 had a strong effect on the carbon and water cycles, thus altering the wood properties of the trees. Also, the growth in height had a strong correlation with the properties of the wood, where higher height resulted in larger vessels and, thus, a hydraulic system with greater potential of conduction, however, with greater risk of cavitation and hydraulic failure. The integrated results point to the strong potential of using long histological sections for tropical species, improving the delimitation of the annual growth layers and allowing the quantification of anatomical variables together with microdensity profiles, fundamental for physiological studies of the trees. Thus, the relationship of wood properties with fluctuations in climate variables and cycles of carbon and water throughout the history of an inter-intranasal eucalyptus rotation became possible, indicating important new possibilities for the studies dendrochronology and forest sciences.

Hydrophobic organic contaminants (HOCs) often reside in sediments sorbed to particles, most tightly to particles with high content of organic carbon. If persistent, such pollutants can accumulate in the sediment for many years and constitute a contamination risk for sediment-living organisms and organisms at higher trophic levels, including humans. Since traditional remediation techniques are associated with complications (e.g. release of contaminants during dredging operations, disturbance of benthic faunal communities), or constraints (handling of large amounts of contaminated sediment and water, limitations due to depth and size of the area, high costs), there is a need for new alternative methods. In situ remediation through thin-layer capping (a few centimeter cover) with a sorbing material such as activated carbon (AC) has been proposed as an alternative remediation method. Compared to traditional remediation techniques, AC amendment in a thin layer means less material handling and lower costs and is assumed to be less disruptive to benthic communities. The objectives of this thesis were to investigate the ecological effects from thin layer capping as well as the efficiency in contaminant retention. Thin layer capping amended with AC proved to reduce availability of HOCs to the tested organisms, the gastropod Nassarius nitidus (Paper II), the clam Abra nitida (Paper III) and to polychaete worms  (Paper II and III). The remediation technique also decreased the sediment-to-water fluxes of the contaminants (Paper II and III). However, AC amended thin-layer capping was also found to cause negative biological effects. In laboratory studies with only a few species the negative effects were minor, or difficult to discern with the endpoints used (Paper II and III). In a larger multi-species mesocosm (boxcore) study, on the other hand, the negative effects were more prominent (Paper I) and in a large scale field study the benthic community was found to be profoundly disturbed by the AC amendment, with the effects persisting or even worsening ca one year (14 months) post amendment (Paper IV). / <p>At the time of the doctoral defence the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 3: Manuscript; Paper 4: Manuscript.</p> / Carbocap / Opticap / Thinc

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The present work was accomplished in a slope with a pedological system composed of Red Argisol/Gleysol, in a pasture area located in an unit of agricultural production in the municipal district of Santa Maria - RS. It aimed at the characterization morphologic and the physic-hydrical and the discretization of the variability of the loss of soil of the slope. Thirteen aligned profiles were selected in a toposequency, of a total of 57, reconstituted by the polls method. After description the approach of the pedologic system in the thirteen profiles, considering the vertical and lateral succession of the verified horizons, the samples were collected for the chemical and physical-hydrical determinations in laboratory (texture, densities, porosities, retention hydrical and availability of water, saturated hydraulic conductivity and permeability to the air), in three sampling orientations. Furthermore, the soil losses were estimated through the coupling of the Universal Equation of Loss of the Soil - RUSLE, in SIG atmosphere. In the toposequency, three profiles were classified as Gleysol and the others as Red Argisol. Argisols and Gleysols presented variated chemical and physical limitations, producing strong use limitation. The horizons Bt in Argissolos are found in different depths in the studied profiles, implicating different behaviors, depending on the thickness of the horizons upper (suprajacente) The physical-hydrical dynamics of the system is marked by a different behavior among the surface (loam) and the subsurface (clayer), and it should be understood, considering the group of the horizons of each profile, to predict the physical-hydrical behavior of the soil. The saturated hydraulic conductivity of the soil presented a variation along the horizons of the soil profiles in different positions of the landscape, with great differences among the values observed in surface in relation to the ones of the subsurface, identifying the existence of a lateral flow of water in the soil, mainly in the portion of the hillside and its space variation in a topographical sequence. In the podzolic cover, the blockade of vertical drainage occurs in the top of the horizon Bt, generating a more humid zone above. The smallest retention of water in all the profiles occured in the loam horizons, Ap and A1, in all the tensions, while in the deepest horizons, Bt1 and Bt2, there was a larger retention as a consequence of the decrease of the sand tenor and increase of the clay tenor. The transition horizons, AB and BA, presented an intermediate behavior. The available water in the soil for the plants was influenced directly by the texture, which increased with the increment of the sand fraction and it decreases with the increase of the clay fraction. With the drier of the soil the permeability to the air tends to increase due to the drainage of the water of the pores which start to conduct air, being highly dependent of the macroporosity. The animal trampling and the preparation operations promoted an increase of the soil density, resulting in the reduction of the total porosity and of the macroporosity and consequently an increase in the microporosity in the horizons Ap and A1, which suffer the direct effects of the anthropic activity. The methodology application that engagement RUSLE in atmosphere SIG, allowed the discretization of the space variability of the factors that determine the losses, as well as the soil losses in a slope of the Central Depression of RS. / O presente trabalho foi realizado em uma vertente com sistema pedológico composto de Argissolo/Gleissolo, em área de pastagem, localizada em uma unidade de produção agropecuária, no município de Santa Maria RS. Objetivou-se, a caracterização morfológica e físico-hídrica e a discretização da variabilidade das perdas de solo da vertente. Foram selecionados treze perfis alinhados em uma topossequência, de um total de 57, descritos pelo método de tradagem. Após abordagem morfológica do sistema pedológico nos treze perfis, considerando a sucessão vertical e lateral, dos horizontes constatados, procederam-se as coletas de amostras para as determinações químicas e análise granulométricas, e em três orientações de amostragem as determinações físicohídricas (densidades, porosidades, retenção hídrica, condutividade hidráulica do solo saturado e permeabilidade ao ar). Além disso, foi estimada as perdas de solo através do acoplamento da Equação Universal de Perda do Solo RUSLE, em ambiente SIG. Na topossequência, três perfis foram classificados como Gleissolo e os demais como Argissolo Vermelho. Os Gleissolos apresentaram limitações variadas decorrentes do excesso de água e os Argissolos limitações químicas e físicas. O horizonte Bt nos Argissolos, encontra-se em profundidades variadas nos perfis estudados, implicando comportamentos distintos, dependendo da espessura do (s) horizontes (s) suprajacente (s). A dinâmica físico-hídrica do sistema, caracteriza-se por um comportamento distinto entre a superfície (textura média) e a subsuperfície (textura argilosa) devendo ser compreendida, considerando o conjunto dos horizontes de cada perfil, para predizer o comportamento físico-hídrico do solo. A condutividade hidráulica do solo apresentou variação ao longo dos horizontes dos perfis de solo em diferentes posições da paisagem, ocorrendo grandes diferenças entre os valores observados em superfície em relação a subsuperfície, identificando-se a existência de fluxo lateral de água no solo, principalmente, na porção da encosta e a sua variação espacial em uma sequência topográfica. Na cobertura argissólica, o bloqueio de drenagem vertical ocorre no topo do horizonte Bt, originando acima deste uma zona mais úmida. A menor retenção de água em todos os perfis ocorreu nos horizontes com textura média, Ap e A1, em todas as tensões, enquanto que nos horizontes mais profundos, Bt1 e Bt2, houve maior retenção, como consequência da diminuição do teor de areia e aumento do teor de argila. Os horizontes de transição, AB e BA, apresentaram um comportamento intermediário. A água disponível no solo para as plantas foi influenciada diretamente pela granulometria, aumentando nos horizontes com maior percentual de areia e diminuindo com o aumento da fração argila. Com o secamento do solo a permeabilidade ao ar tende a aumentar devido à drenagem da água dos poros os quais passam a conduzir maior quantidade de ar, sendo altamente dependente dos macroporos. O pisoteio animal e as operações de preparo promoveram aumento da densidade do solo, resultando na redução da porosidade total e da macroporosidade e consequentemente um aumento na microporosidade nos horizontes Ap e A1, os quais sofrem os efeitos diretos das atividades antrópicas. A aplicação de metodologia que acopla a RUSLE em ambiente SIG, permitiu a discretização da variabilidade espacial dos fatores que influenciam as perdas, bem como as perdas de solo de uma vertente da Depressão Central do RS.