<p>In Ethiopia industrial effluents containing high contents of organic matter, nitrogen and heavy metals are discharged into inland surface waters with little or no pre-treatment. Significant pollution concerns related to these effluents include dissolved oxygen depletion, toxicity and eutrophication of the receiving waters. This has not only forced the government to formulate regulations and standards for discharge limits but also resulted in an increasing interest and development of methods and systems by which wastewater can be recycled and used sustainably. The need for technologies for environmentally friendly treatment of industrial wastes such as tannery wastewaters is therefore obvious. Biological processes are not only cost effective but also environmentally sound alternatives to the chemical treatment of tannery wastewaters.</p><p>The aim of the research presented in this thesis was to develop and optimize processes for biological nitrogen removal from tannery wastewaters and to identify the most efficient denitrifying organisms in tannery wastewaters laden with toxic substances. A pilot plant consisting of a predenitrification anoxic system, aerated nitrification compartment and a sedimentation tank (clarifier) all arranged in series was developed and installed on the premises of Addis Ababa University, Ethiopia. In spite of high influent chromium and sulphide perturbations over the successive feeding phases, the performance of the pilot plant was encouraging. The overall removal efficiency of the pilot plant over the experimental feeding phases varied between 82-98% for total nitrogen, 95-98% for COD, 96-98% for BOD5, 46-95% for ammonia nitrogen, 95-99% for sulphide and 93-99% for trivalent Chromium. Six isolates from over 1000 pure cultures were identified as the most efficient denitrifying bacteria. From both cellular fatty acid profiles and 16S rRNA gene sequencing, the six selected strains were phylogenetically identified as Brachymonas denitrificans in the β-subdivision of the Proteobacteria. All the six strains contain cd1-type nitrite reductase. The efficient isolates characterized in this study are of great value because of their excellent denitrifying properties and high tolerance to the concentrations of toxic compounds prevailing in tannery wastewaters. Bio-augmentation of the pilot plant with this bacterium showed a clear correlation between in situ denitrifying activities measured by nitrate uptake rate, population dynamics of the introduced B.denitrificans monitored by fluorescent in situ hybridization and the pilot plant performance, suggesting that the strategy of introducing this species for enhancing process performance has potential applications.</p><p>Moreover, the nitrate-reducing, sulphur-oxidizing bacteria (NR-SOB) were also found in the pilot plant in abundance with steady sulphide removal efficiency during the study period. This could provide opportunities for the application of biologically mediated simultaneous removal of sulphide and nitrogen from tannery effluents. In addition to enriching high consortia of denitrifiers in the anoxic system to attain high denitrification efficiency and also improving the overall nitrification efficiency of the system, the predenitrification-nitrification pilot process plant stimulated the activity of indigenous NR-SOB to simultaneously remove sulphide from the system. Thus, the pilot plant was found to be operationally efficient for the removal of nitrogen, organic matter and other pollutants from tannery wastewaters.</p><p><b>Keywords:</b> Biological nitrogen and sulphide removal, denitrifying bacteria, nitrate-reducing, sulphur-oxidizing bacteria, nitrate uptake rate, fluorescent in situ hybridization, pollution, tannery effluents.</p>

Many control systems of practical importance are multivariable. In such systems, each manipulated variable (input signal) may affect several controlled variables (output signals) causing interaction between the input/output loops. For this reason, control of multivariable systems is typically much more difficult compared to the single-input single-output case. It is therefore of great importance to quantify the degree of interaction so that proper input/output pairings that minimize the impact of the interaction can be formed. For this, dedicated interaction measures can be used. The first part of this thesis treats interaction measures. The commonly used Relative Gain Array (RGA) is compared with the Gramian-based interaction measures the Hankel Interaction Index Array (HIIA) and the Participation Matrix (PM) which consider controllability and observability to quantify the impact each input signal has on each output signal. A similar measure based on the <img src="http://www.diva-portal.org/cgi-bin/mimetex.cgi?%5Cmathcal%20H_2" /> norm is also investigated. Further, bounds on the uncertainty of the HIIA and the PM in case of uncertain models are derived. It is also shown how the link between the PM and the Nyquist diagram can be utilized to numerically calculate such bounds. Input/output pairing strategies based on linear quadratic Gaussian (LQG) control are also suggested. The key idea is to design single-input single-output LQG controllers for each input/output pair and thereafter form closed-loop multivariable systems for each control configuration of interest. The performances of these are compared in terms of output variance. In the second part of the thesis, the activated sludge process, commonly found in the biological wastewater treatment step for nitrogen removal, is considered. Multivariable interactions present in this type of bioreactor are analysed with the tools discussed in the first part of the thesis. Furthermore, cost-efficient operation of the activated sludge process is investigated.

The aeration process is often the single largest consumer of electricity in a wastewater treatment plant. Aeration in biological reactors provides microorganisms with oxygen which is required to convert ammonium to nitrate. Ammonium is toxic for aqueous ecosystems and contributes to eutrophication. The importance of aeration for the treatment results in combination with the high costs motivates automatic control of the aeration process. This thesis is devoted to ammonium feedback control in municipal wastewater treatment plants. With ammonium feedback control, the aeration intensity is changed based on a measurement of the outlet ammonium concentration. The main focus of the thesis is design, implementation, evaluation and improvement of ammonium PI (proportional-integral) controllers. The benefits of ammonium feedback control are established through long-term experiments at three large wastewater treatment plants in Stockholm, Sweden. With ammonium feedback control, energy savings up to around 10 % were achieved compared to keeping the dissolved oxygen concentration constant. The experiments generated several lessons learned with regard to implementation and evaluation of controllers in full-scale operation. The thesis has established guidelines on how to design ammonium feedback controllers for situations when cost-effective operation is the overall aim. Simulations have demonstrated the importance to limit the dissolved oxygen concentration in the process and under what conditions the energy saving with ammonium feedback control is large. The final part of the thesis treats improvements of ammonium PI control through minor modifications to the control structure or controller. Three strategies were studied: gain scheduling control, repetitive control, and a strategy reacting to oxygen peaks in the last aerobic zone. The strategies all had their benefits but the ammonium feedback controller was the key factor to improved aeration control.

Soybean has been the main crop used in rotation with irrigated rice in Rio Grande do Sul. However, soybean cultivation in lowland represents a high-risk activity due to stresses that generally occur in this environment. These stresses may significantly reduce growth and development of soybean plants by limiting important physiological processes such as photosynthesis and biological nitrogen fixation. In view of the above, the thesis work aimed to determine the influence of different cropping and irrigation systems on root growth, nodulation, oxidative stress, photosynthesis, soil water holding capacity, water use efficiency and grain yield of soybean in lowlands. Two experiments were carried out under field conditions and one under greenhouse conditions in the Várzea Experimental area of the Federal University of Santa Maria, RS, during 2014/15 and 2015/16 growing seasons. For the burndown timing of ryegrass experiment, applications were carried out between 20 and 90 days before soybean planting on raised seedbeds. The experiment 1 involving cropping systems and irrigation consisted of combinations between raised seedbeds flat planting with or without the practice of irrigation. The experiment 2, was carried out under greenhouse condictions and was characterized by the implementation of 10 days water deficit during V6 (six expanded trifoliate), R2 (full flowering) and R5 (grain filling) growth stages. Based on the main results, it was observed that desiccation and sowing intervals of soybean less than 60 days or quantities of ryegrass straw remaining on the soil surface higher than 1000 kg ha-1 significantly increase soil moisture retention at the sowing time. Growing soybeans using raised seedbeds increase crop yield and reduce irrigation water use when compared to flat-planting of soybean in a rice-soybean rotation. Water shortage during the grain filling period significantly reduces grain yield of soybean in lowlands. / A soja tem sido a principal cultura utilizada em rotação com o arroz irrigado no Rio Grande do Sul. No entanto, o cultivo da soja em terras baixas constitue-se em uma atividade de alto risco devido aos estresses que geralmente atuam neste ambiente. Estes estresses podem reduzir significativamente o crescimento e desenvolvimento das plantas de soja através da limitação de processos fisiológicos importantes como por exemplo, a fotossíntese e a fixação biológica de nitrogênio. Em vista do exposto, o trabalho de tese teve como objetivo determinar a influência de diferentes sistemas de implantação e de irrigação no crescimento do sistema radicular, nodulação, estresse oxidativo, fotossíntese, armazenamento de água no solo, eficiência do uso de água e rendimento de grãos de soja em terras baixas. Foram realizados dois experimentos em condições de campo e um em casa de vegetação na área Experimental de Várzea da Universidade Federal de Santa Maria, RS, durante os anos agrícolas de 2014/15 e de 2015/16. O experimento1 consistiu de épocas de dessecação do azevém, as quais foram realizadas entre 20 e 90 dias antes da semeadura da soja em camalhões. O experimento envolvendo sistemas de implantação e irrigação constituiu-se das combinações entre camalhões e sem camalhões com ou sem irrigação suplementar. O experimento 2 foi realizado em casa de vegetação e caracterizou-se pela implementação de 10 dias de deficit hídrico nos estádios fenólóficos V6 (seis trifólios expandidos), R2 (florescimento pleno) e R5 (enchimento de grãos). Com base nos principais resultados, observou-se que intervalos de dessecação e semeadura da soja menores de 60 dias ou quantidades de palha de azevém remanescente na superfície do solo superiores a 1000 kg ha-1 aumentam signicativamente a retenção de umidade no momento de semeadura. O uso de camalhões para o cultivo da soja aumenta o rendimento de grãos e reduz o uso de água para irrigação comparado ao sistema sem camalhões. A deficiência hídrica durante o período de enchimento de grãos reduz significativamente o rendimento de grãos de soja em terras baixas.

MORAIS, Gildean Portela. Comportamento de híbridos de milho adubados com nitrogênio e inoculados com diazotróficos associativos. 2014. 67 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Departamento de Ciências do Solo, Programa de Pós-Graduação em Agronomia - Solos e Nutrição de Plantas, Fortaleza-CE, 2014 / Submitted by Nádja Goes (nmoraissoares@gmail.com) on 2016-05-19T15:21:16Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_gpm.pdf: 1223080 bytes, checksum: adffbf6bd5daca21fd52f40a09fdd858 (MD5) / Approved for entry into archive by Nádja Goes (nmoraissoares@gmail.com) on 2016-05-19T15:21:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_gpm.pdf: 1223080 bytes, checksum: adffbf6bd5daca21fd52f40a09fdd858 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-19T15:21:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_gpm.pdf: 1223080 bytes, checksum: adffbf6bd5daca21fd52f40a09fdd858 (MD5) Previous issue date: 2014 / The development of new technologies that seek to reduce the use of fertilizers, especially nitrogen, is essential for the sustainability of the production system in maize (Zea mays L.). The use of microorganisms in agriculture is a widely researched alternative, seeking a reduction in the use of nitrogen fertilizers with consequent reduction in environmental degradation. This study aimed at proving the hypothesis of the effect of inoculation with endophytic diazotrophic bacteria on growth and nutrient content in two maize hybrids subjected to four levels of nitrogen fertilization and on the soil microbial activity. The experiment was conducted in a greenhouse for a period of 90 days. The experimental design was randomized blocks, evaluating two maize hybrids (AG 1051 and BM 3061), the treatments were arranged in a 4 x 2 factorial design, with four replicates, inoculated and not inoculated with the commercial product based on Azospirillum brasilense and subjected to four different doses of nitrogen (0, 0.5, 1.0 and 1.5 g pot-1). In this trial, there was a significant interaction between inoculation factors and nitrogen doses root nitrogen accumulation and shoot phosphorus accumulation of the hybrid AG 1051. Regarding the BM 3061 hybrid, it showed a significant interaction on the shoot potassium accumulation. In the assessment, there have been isolated factors of inoculation and nitrogen doses for root dry mass, the accumulation of nitrogen and potassium of shoots for AG 1051. For BM 3061 hybrid, there were significant effects of phosphorus content of shoots and root potassium. The isolated factor of inoculation with Azospirillum brasilense showed significant effect only on the basal soil respiration under the influence of the hybrid BM 3061. Data on height, stem diameter, leaf area, chlorophyll content, dry mass of leaves, stems and roots of maize plants grown under greenhouse conditions showed significant effects attributed solely to the addition of nitrogen fertilizer, regardless of inoculation with Azospirillum brasilense. It was concluded that inoculation with Azospirillum brasilense in this study contributed little to the parameters evaluated, the maize hybrid AG 1051 was more sensitive to the inoculation with BM 3061, and that the maize hybrids are sensitive to the variation of the nitrogen content applied to the soil. / O desenvolvimento de novas tecnologias que buscam a redução no uso de fertilizantes, especialmente os nitrogenados, é essencial para a sustentabilidade do sistema de produção na cultura do milho (Zea mays L.). O uso de microrganismos na agricultura é uma alternativa amplamente pesquisada, que busca a diminuição no uso de fertilizantes nitrogenados com consequente redução da degradação do meio ambiente. O presente trabalho objetivou comprovar a hipótese do efeito da inoculação de bactérias diazotróficas endofíticas, sobre o crescimento e teores de nutrientes em dois híbridos de milho submetidos a quatro doses de adubações nitrogenadas e sobre a atividade microbiana do solo. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, por um período de 90 dias. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados, avaliando-se dois híbridos de milho (AG 1051 e BM 3061), os tratamentos foram dispostos no esquema fatorial 2 x 4, com quatro repetições, inoculado e não inoculado com o produto comercial a base de Azospirillum brasilense e submetidos a quatro diferentes doses de nitrogênio (0; 0,5; 1,0 e 1,5 g vaso-1). Neste ensaio, houve interação significativa entre os fatores inoculação e doses de nitrogênio para o acúmulo de nitrogênio da raiz e no acúmulo de fósforo da parte aérea do híbrido AG 1051, em relação ao híbrido BM 3061 apresentou interação significativa sobre o acúmulo do potássio da parte aérea. Na avaliação, houve efeitos isolados dos fatores inoculação e doses de nitrogênio para a massa seca da raiz, no acúmulo de nitrogênio e potássio da parte aérea do híbrido AG 1051, para o híbrido BM 3061 efeitos significativos para o teor de fósforo da parte aérea e do potássio na raiz. O fator isolado da inoculação com Azospirillum brasilense revelou efeito significativo apenas sobre a respiração basal do solo sob influencia do híbrido BM 3061. Os dados relativos à altura, diâmetro do colmo, área foliar, teor de clorofila, massa seca das folhas, colmo e raiz das plantas de milho, cultivadas em condições de casa de vegetação, revelam que houve efeitos significativos atribuídos apenas à adição de fertilizantes nitrogenados, independentemente da inoculação com Azospirillum brasilense. Conclui-se que a inoculação com Azospirillum brasilense nesse estudo pouco contribuiu com as variáveis avaliadas, o híbrido de milho AG 1051 se mostrou mais sensível à inoculação do que o BM 3061, e que os híbridos de milhos são sensíveis à variação do teor de nitrogênio aplicado no solo.

Rice is a very important culture in the South of Brazil, with productivity mean of 6 t ha-1, requiring large amounts of nitrogen. The biological nitrogen fixation (BNF) has already been established for legumes and in gramineous plants, microrganisms of the genus Azospirillum, Herbaspirillum, Gluconacetobacter and Burkholderia have potential to BNF and growth-promoting substances production. The aim of this work was to evaluate the influence of inoculation with diazotrophic bactéria above the performance of rice in the field. Diazotrophic bacteria were measured and isolated of nine rice cultivars in Rio Grande do Sul State. Using the NFb medium ((Azospirillum brasilense/lipoferum), JNFb (Herbaspirillum), JMV (Burkholderia), LGI (Azospirillum amazonense) and LGI-P (Gluconacetobacter), 58 isolates were obtained. From these, 10 isolates obtained in NFb medium (I-02, I-08, I-14, I-20, I-26, I-31, I-36, I-42, I-48 e I-54) and A. brasilense and A. lipoferum were evaluated in vitro the N2-fixing ability and indolacetic acid production. All for BNF, A. brasilense and A. lipoferum showed greater values (41,08 e 46,82 μg N mL-1, respectively) in relation to all the isolates evaluated (7,20 a 12,99 μg N mL-1). For indolacetic acid production, the I-31 isolate was the greatest producer (13,47 μg mL-1). In experiment of greenhouse A. brasilense e A. lipoferum were used I-14, I-31, I-54 isolates, and the rice cultivars IRGA-417, IRGA-419 e IRGA-420. In nutritive solution, A. lipoferum and I-54 isolate associated with IRGA-420 rice were the major producers of dry mass (13,11 e 13,22 mg plant -1, respectively) and in soil the greater values were for A. brasilense (20,40 mg plant-1) and the I-31 isolate (16,00 mg planta-1). In the fields, the populations of diazotrophic bacteria were evaluated and the parameters of rice growth as lenght, fresh and dry mass, lenght and weight of roots, total N-content of aerial parts and productivity of grains. The collections were performed on the 40, 90 e 120 day after seedling (DAS). Doses of 0, 60 and 120 kg N ha-1 and inoculant with Azospirillum brasilense or I-31 isolate inoculant were used. At the 135 DAS the harvest was proceeded. The population of endophytic bactéria in the different rice-growing stages was obtained in culture medium, revealing great numbers present in the roots. Verified an increase at the yield of rice grains of 26,91% was verified when inoculated with A. brasilense and 17,78% when inoculated with I-31, both without the use of the N-fertilizer. In the reccommended dose for rice at 120 120 kg N ha -1, the yield of inoculated rice with A. brasilense increased 31,85% over uninoculated control and unfertilizer-N. The data obtained allow to conclude that there is a possibility to use endophytic diazotrophics bacteria isolated from regional cultivars evaluated in vitro as microrganisms towards inoculants, permitting the reducing of costs from N-fertilizer and the maintenance of rice productivity. / O arroz é uma cultura importante no sul do Brasil, com produtividade de 6 t.ha-1, demandando grandes quantidades de nitrogênio. A fixação biológica de nitrogênio (FBN) já está estabelecida entre leguminosas, e entre as gramíneas, microrganismos dos gêneros Azospirillum, Herbaspirillum, Gluconacetobacter e Burkholderia apresentam potencial para FBN e produção de substâncias promotoras de crescimento. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da inoculação de bactérias diazotróficas sobre o desempenho do arroz em campo. Foram quantificadas e isoladas bactérias diazotróficas de nove cultivares de arroz irrigado do Estado do Rio Grande do Sul. Utilizando os meios NFb (Azospirillum brasilense/lipoferum), JNFb (Herbaspirillum), JMV (Burkholderia), LGI (Azospirillum amazonense) e LGI-P (Gluconacetobacter), foram obtidos 58 isolados. Destes, 10 isolados obtidos em meio NFb (I-02, I-08, I-14, I-20, I-26, I-31, I-36, I-42, I-48 e I-54) e A. brasilense e A. lipoferum foram avaliados in vitro quanto à sua capacidade de FBN e produção de ácido indolacético. Quanto a FBN, A. brasilense e A. lipoferum apresentaram maiores valores (41,08 e 46,82 μg N mL-1, respectivamente) em relação a todos os isolados avaliados. Para produção de ácido indolacético, o isolado I-31 foi o maior produtor (13,47 μg mL-1). No experimento em câmara de crescimento utilizaram-se A. brasilense e A. lipoferum,os isolados I-14, I-31 e I-54 e as cultivares de arroz IRGA-417, IRGA-419 e BR-IRGA-420. Em solução nutritiva A. lipoferum e o isolado I-54 associados ao arroz BR-IRGA-420 foram os maiores produtores de massa seca (13,11 e 13,22 mg planta -1, respectivamente) e em solo os maiores valores foram para A. brasilense (20,40 mg planta-1) e o isolado I-31(16,00 mg planta-1). No campo foram avaliadas as populações de bactérias diazotróficas e os indicadores de crescimento do arroz, como altura, massa fresca e seca, comprimento e peso radiculares, N-total da parte aérea e rendimento em grãos. As coletas realizaram-se aos 40, 90 e 120 dias após a semeadura (DAS). Foram utilizadas doses de N de 0, 60 e 120 kg ha-1 e inoculantes contendo Azospirillum brasilense ou isolado I-31. Aos 135 DAS procedeu-se à colheita. A população de bactérias diazotróficas endofíticas nos diferentes estágios do arroz foi obtida em de meios de cultivos específicos, revelando grande número nas raízes. Verificou-se um incremento no rendimento em grãos do arroz de 26,91% quando inoculado com A. brasilense e 17,78% quando inoculado com I-31, ambos sem utilização de adubo nitrogenado. Na dose de N recomendada para o arroz, de 120 kg ha-1, o rendimento do arroz inoculado com A. brasilense aumentou 12,84% e o isolado I-31 aumentou 31,85% sobre o tratamento sem inoculação e sem adubação nitrogenada. Os dados obtidos permitem concluir que existem possibilidades de se utilizar bactérias diazotróficas endofíticas isoladas de cultivares da região e avaliadas in vitro como microrganismos para inoculantes, permitindo a redução dos custos de adubação nitrogenada e a manutenção da produção de arroz.

Submitted by Simone Souza (simonecgsouza@hotmail.com) on 2017-08-25T15:07:40Z No. of bitstreams: 1 DISS_2014_Meeg Vicente Andrade.pdf: 751625 bytes, checksum: 9148dd40ee4f716669670cfda0e3eb08 (MD5) / Approved for entry into archive by Jordan (jordanbiblio@gmail.com) on 2017-08-30T12:05:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISS_2014_Meeg Vicente Andrade.pdf: 751625 bytes, checksum: 9148dd40ee4f716669670cfda0e3eb08 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-30T12:05:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISS_2014_Meeg Vicente Andrade.pdf: 751625 bytes, checksum: 9148dd40ee4f716669670cfda0e3eb08 (MD5) Previous issue date: 2014-07-24 / CAPES / Objetivou-se com este trabalho avaliar características agronômicas e o valor nutritivo da Urochloa brizantha cultivar Marandu, sob estratégias de manejo e aporte nitrogenado. O experimento foi conduzido em Sinop, Mato Grosso, Brasil, na Embrapa Agrossilvipastoril de 03 de outubro de 2012 a 16 de maio de 2013 em delineamento de blocos completos casualizados, em arranjo fatorial 2 x 4, com três repetições. Os fatores foram duas estratégias de corte: 25 cm de altura do dossel e 28 dias; e quatro estratégias de aporte nitrogenado: 0 e 80 kg de N.ha-1, somente inoculante e 80 kg de N.ha-1 + inoculante. Amostras pré-corte foram retiradas para caracterizar acúmulo, composição morfológica e valor nutritivo da forragem. Os dados foram analisados utilizando o SAS. A estratégia de 25 cm de altura obteve maior período de rebrotação maior de forragem (2430 kg.ha-1) e de folhas (1515 kg.ha-1). Enquanto a estratégia 28 dias resultou em acúmulo de forragem e de folha menor (1860 e 1230 kg.ha-1, respectivamente). O aporte de nitrogênio mineral associado à fixação biológica de nitrogênio aumenta a proporção de folhas da massa de forragem de capim Marandu. O teor de proteína bruta na forragem de capim Marandu aumenta quando associa-se Azospirillum brasilense com fertilizante mineral. / The objective of this study was to evaluate agronomic characteristics and the nutritive value of Urochloa brizantha cv. Marandu forage as affected by management strategies and nitrogen supply. The experiment was carried out in Sinop, Mato Grosso, Brazil, at Embrapa Agrosilvopastoral, from October 3, 2012 to May 16, 2013, in a randomized complete block design in a 2 x 4 factorial arrangement with three replications. The factors were two harvest strategies: 25 cm of canopy height and 28 days of rest period; 4 strategies of nitrogen supply: 0, 80 kg of N.ha-1, only 80 kg of inoculant and N.ha-1 inoculant. Pre-harvest samples were collected to characterize forage accumulation, morphologic composition and nutritive value. Data were analyzed using of SAS system. The 25 cm strategy had the higher rest period, which results in higher forage (2430 kg.ha-1) and leaf (1515 kg.ha-1) accumulation. While the 28 days strategy registered lower forage and leaf accumulation (1860 and 1230 kg.ha-1, respectively). Nitrogen supply associated to biological nitrogen fixation increases leaf proportion on the Marandu palisadegrass. Crude protein on the pre-harvest forage mass enhance when associated Azospirillum brasilense with mineral fertilizer.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nitrogen (N) is the nutrient that has the greatest ability to influence and increase the productivity of grains of corn. The N is available in insufficient amounts in Brazilian soils, increasing the cost of crop production. So there is interest in using alternative sources to meet the demand of the plant, such as fixation, which is held by a group of bacteria called diazotrophic, which are able to fix nitrogen and make it available to plants. Among the most used in association with grasses is Azospirillum brasilense. Positive interaction with corn has been evaluated in several studies, however there are few studies that evaluate the foliar application, the contribution of N input and the enzymatic activity of inoculated plants. Thus the aim of the study was to establish the relationship between productivity components, enzymatic and morphological changes of different genetic bases of corn with seed inoculation and leaf of A. brasilense. This work is divided into two chapters. Chapter I aimed to establish the relationship between the hybrids and application forms of A. brasilense, unfolding the direct and indirect effects of the main components of grain yield and estimating the relative contribution of nitrogen. Therefore, we conducted experiments in 2013/14 and 2014/15 seasons, consisting of single cross hybrids, double and triple inoculated with A. brasilense via seed treatment and foliar application in growth stages V2, V4 + V2, V4 and without application of the bacteria. There was varied response as hybrid and year. In the 2013/14 harvest, grain yield was significant for the simple hybrid AG9045 applied via seed and leaf in V2. The seed inoculation showed grain yield increases for the triple hybrid BG7051 in season 2014/15. The variables in the path analysis have direct influence on grain yield, especially, the thousand grain weight. Considering the increase in hybrid it is estimated that there was accumulation of N fixed for the simple hybrid AG9045 and triple hybrid BG7051 in applications via seed and leaf in V2 and via seed, respectively. Thus it is concluded that there is no established relationship between the forms of application A. brasilense and genetics based hybrid. Chapter II aimed to evaluate the enzymatic and morphological changes of corn hybrids submitted to seed inoculation and leaf with A. brasilense. The test was composed of six corn hybrids inoculated with A. brasilense in the treatment of seeds and leaf via the V2 stage. Analyzed in shoots and roots, biochemical variables: lipid peroxidation, activity of superoxide dismutase, guaicaol peroxidase and nitrate reductase and chlorophyll content and carotenoids; and morphological leaf area, shoot dry weight, root length, projected area, surface area, diameter, volume, number of branches and dry mass of roots. The increased activity of superoxide dismutase (SOD) of the shoot was the BG7060 with application V2, which prevented damage to the lipid membrane. The nitrate reductase, the shoot was most active in the control treatment, noting that the presence of bacteria reduced the activity of the enzyme. The bacteria showed to be efficient in the area of variables designed and superficial root area in the AG8025 and AG2040 hybrids. Thus, it can be seen that the hybrids have different behaviors in the presence of the bacterium, and the same positively affects the activity of antioxidant enzymes and increase the root system and plant leaf area. / O nitrogênio (N) é o nutriente que tem a maior capacidade de influenciar e aumentar a produtividade de grãos da cultura do milho. O N está disponível em quantidades insuficientes nos solos brasileiros, elevando o custo de produção da cultura. Assim há o interesse na utilização de fontes alternativas para suprir a demanda da planta, como a fixação biológica, que é realizada por um grupo de bactérias denominadas diazotróficas, as quais são capazes de fixar N e disponibiliza-lo para as plantas. Dentre as mais utilizadas em associação com gramíneas está a Azospirillum brasilense. A interação positiva com o milho tem sido avaliada em diversas pesquisas, entretanto são poucos os estudos que avaliam a aplicação foliar, a contribuição no aporte de N e a atividade enzimática das plantas inoculadas. Dessa forma o objetivo do trabalho foi estabelecer relação entre os componentes de produtividade, alterações enzimáticas e morfológicos de diferentes bases genéticas de milho com a inoculação via semente e foliar de A. brasilense. O presente trabalho é dividido em dois capítulos. O Capítulo I teve o objetivo de estabelecer relação entre os híbridos de milho e formas de aplicação de A. brasilense, desdobrando os efeitos diretos e indiretos dos principais componentes da produtividade de grãos e estimando a contribuição nitrogenada relativa. Para tanto foram conduzidos experimentos nas safras 2013/14 e 2014/15, compostos por híbridos simples, duplos e triplos inoculados com A. brasilense via tratamento de sementes e via aplicação foliar, nos estádios fenológicos V2, V2+V4, V4 e sem aplicação da bactéria. Houve resposta variada conforme o híbrido e o ano. Na safra 2013/14, a produtividade de grãos foi significativa para o híbrido simples AG9045 aplicado via semente e foliar em V2. A inoculação via semente apresentou aumentos de produtividade de grãos para o híbrido triplo BG7051 na safra 2014/15. As variáveis avaliadas, na análise de trilha têm influência direta sobre a produtividade de grãos, principalmente, a massa de mil grãos. Considerando o incremento dos híbridos estima-se que houve acúmulo de N fixado para o híbrido simples AG9045 e híbrido triplo BG7051 nas aplicações via semente e foliar em V2 e via semente, respectivamente. Assim conclui-se que não há relação estabelecida entre as formas de aplicação de A. brasilense e a base genética do híbrido. O Capítulo II objetivou avaliar as alterações enzimáticas e morfológicos de híbridos de milho submetidas a inoculação via semente e foliar com A. brasilense. O ensaio foi composto por seis híbridos de milho inoculados com A. brasilense no tratamento de sementes e via foliar no estádio V2. Analisou-se, na parte aérea e em raízes, as variáveis bioquímicas: peroxidação lipídica, atividade das enzimas superóxido dismutase, guaicaol peroxidase e nitrato redutase e conteúdo de clorofila total e carotenóides; e morfológicas: área foliar, massa seca da parte aérea, comprimento de raiz, área projetada, área superficial, diâmetro, volume, número de ramificações e massa seca de raízes. A maior atividade da superóxido dismutase (SOD) da parte aérea, foi no BG7060 com aplicação em V2, o qual evitou danos nos lipídeos de membrana. A nitrato redutase, na parte aérea apresentou maior atividade no tratamento controle, observando que a presença da bactéria reduziu a atividade da enzima. A bactéria apresentou-se eficiente para as variáveis de área projetada e área superficial da raiz nos híbridos AG8025 e AG2040. Assim, pode-se observar que os híbridos têm comportamentos diferentes com a presença da bactéria, sendo que a mesma afeta positivamente a atividade das enzimas antioxidantes e aumenta o sistema radicular e a área foliar das plantas.

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The first chapter is a brief literature review about the subject. The second one describes the methodology applied in the collection area, as well as the morphological and genetic diversity analysis of bacteria found inside the M. scabrella nodules. In this chapter, among the 61 sample points, 30 morphotypes were identified and clustered into 11 groups. Burkholderia genus was the most common nitrogen-fixing bacteria in the nodules. However, Rhizobium and Cupriadus genera have also been identified and different associative bacteria as well. The third section is the result of two experiments. The first one showed the symbiotic efficiency and effectiveness of 28 strains inoculated separately in M. scabrella plants and the second one assessed the symbiotic efficiency of two Burkholderia strains in three different progenies of M. scabrella. Strains of Burkholderia, Rhizobium and Cupriavidus genera were able to form nodules on M. scabrella. However, the Cupriavidus genus did not fixed N to the plant. In contrast, some Burkholderia strains showed good results as nitrogen fixing bacteria, with potential to fix all the N required by their host, although the results have had a wide variation in relation to the Burkholderia strains used. In addition, the progeny of M. scabrella may influence in the N fixation ability of bacteria. The fourth chapter evaluated the effects of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), nitrogen fixing bacteria (NFB) and associative bacteria (AB) individually and in combination on growth, nitrogen concentration, nodulation and root architecture of M. scabrella cultivated in a low phosphorus content soil. The results showed that the co-inoculation of AMF and NFB increased the root and shoot dry matter and the nitrogen concentration of the plants. Regards to root architecture, co-inoculation affects positively the length and volume of the roots, surface area, number of bifurcations and tips. In addition, AB inoculation did not affect the M. scabrella growth, although the number of nodules decreased significantly / A simbiose de microrganismos nas raízes de plantas é uma relação ecológica importante para a sobrevivência de ambos. Para Bracatinga (Mimosa scabrella), planta leguminosa nativa do sul do Brasil, pioneira na Floresta Ombrófila Mista e com reconhecido potencial econômico, essas associações podem ser fundamentais para seu estabelecimento nos diferentes substratos, crescimento e sobrevivência. Este trabalho teve por objetivo avaliar a diversidade e eficiência simbiótica de bactérias fixadoras de nitrogênio coletadas de nódulos de M. scabrella, de diferentes regiões do estado de Santa Catarina, bem como a interação dessas com bactérias associativas e fungos micorrízicos arbusculares. O primeiro capítulo trata de uma breve revisão bibliográfica sobre o assunto. O segundo capítulo descreve a metodologia e área de coleta, bem como a análise da diversidade morfológica e genética das bactérias encontradas nos nódulos de M. scabrella. Neste capítulo, dentre os 61 pontos amostrados, 30 morfotipos foram identificados e agrupados em 11 grupos. Destes, bactérias fixadoras de nitrogênio do gênero Burkholderia foram as mais comuns, no entanto, gêneros Cupriavidus e Rhizobium também foram identificados, além de diversos gêneros de bactérias associativas. O terceiro capítulo é resultado de dois experimentos, onde o primeiro demonstrou a eficiência e eficácia simbiótica de 28 estirpes inoculadas independentemente em plantas de M. scabrella e o segundo avaliou a eficiência de 2 estirpes em três diferentes progênies desta espécie. As estirpes do gênero Burkholderia, Rhizobium e Cupriavidus foram capazes de formar nódulos em M. scabrella. No entanto, as bactérias do gênero Cupriavidus não fixaram N2 para o planta. Em contrapartida, algumas bactérias do gênero Burkholderia mostraram capacidade de fixar todo o N2 necessário para o crescimento da planta, embora os resultados tenham grande variação em relação à estirpe de Burkholderia utilizada. Além disso, o acesso de M. scabrella pode influenciar na capacidade de fixação de N2 da bactéria. O quarto capítulo avaliou os efeitos de fungo micorrízico arbuscular (FMA), bactéria fixadora de nitrogênio (BFN) e bactéria associativa (BA), individualmente e em combinação, no crescimento, concentração de nitrogênio, nodulação e arquitetura da raiz de M. scabrella cultivada em solo com baixo teor de fósforo. Os resultados demonstraram que a co-inoculação de FMA e BFN aumentaram a massa da matéria seca da raiz e da parte aérea das plantas, bem como a concentração de nitrogênio. Em relação a arquitetura radicular, a co-inoculação afetou positivamente o comprimento e volume radicular, área superficial, número de bifurcações e pontas. Além disso, a inoculação de BA não afetou o crescimento de M. scabrella, embora o número de nódulos tenha diminuído com sua presença

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O desenvolvimento de novas tecnologias que buscam a reduÃÃo no uso de fertilizantes, especialmente os nitrogenados, à essencial para a sustentabilidade do sistema de produÃÃo na cultura do milho (Zea mays L.). O uso de microrganismos na agricultura à uma alternativa amplamente pesquisada, que busca a diminuiÃÃo no uso de fertilizantes nitrogenados com consequente reduÃÃo da degradaÃÃo do meio ambiente. O presente trabalho objetivou comprovar a hipÃtese do efeito da inoculaÃÃo de bactÃrias diazotrÃficas endofÃticas, sobre o crescimento e teores de nutrientes em dois hÃbridos de milho submetidos a quatro doses de adubaÃÃes nitrogenadas e sobre a atividade microbiana do solo. O experimento foi conduzido em casa de vegetaÃÃo, por um perÃodo de 90 dias. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados, avaliando-se dois hÃbridos de milho (AG 1051 e BM 3061), os tratamentos foram dispostos no esquema fatorial 2 x 4, com quatro repetiÃÃes, inoculado e nÃo inoculado com o produto comercial a base de Azospirillum brasilense e submetidos a quatro diferentes doses de nitrogÃnio (0; 0,5; 1,0 e 1,5 g vaso-1). Neste ensaio, houve interaÃÃo significativa entre os fatores inoculaÃÃo e doses de nitrogÃnio para o acÃmulo de nitrogÃnio da raiz e no acÃmulo de fÃsforo da parte aÃrea do hÃbrido AG 1051, em relaÃÃo ao hÃbrido BM 3061 apresentou interaÃÃo significativa sobre o acÃmulo do potÃssio da parte aÃrea. Na avaliaÃÃo, houve efeitos isolados dos fatores inoculaÃÃo e doses de nitrogÃnio para a massa seca da raiz, no acÃmulo de nitrogÃnio e potÃssio da parte aÃrea do hÃbrido AG 1051, para o hÃbrido BM 3061 efeitos significativos para o teor de fÃsforo da parte aÃrea e do potÃssio na raiz. O fator isolado da inoculaÃÃo com Azospirillum brasilense revelou efeito significativo apenas sobre a respiraÃÃo basal do solo sob influencia do hÃbrido BM 3061. Os dados relativos à altura, diÃmetro do colmo, Ãrea foliar, teor de clorofila, massa seca das folhas, colmo e raiz das plantas de milho, cultivadas em condiÃÃes de casa de vegetaÃÃo, revelam que houve efeitos significativos atribuÃdos apenas à adiÃÃo de fertilizantes nitrogenados, independentemente da inoculaÃÃo com Azospirillum brasilense. Conclui-se que a inoculaÃÃo com Azospirillum brasilense nesse estudo pouco contribuiu com as variÃveis avaliadas, o hÃbrido de milho AG 1051 se mostrou mais sensÃvel à inoculaÃÃo do que o BM 3061, e que os hÃbridos de milhos sÃo sensÃveis à variaÃÃo do teor de nitrogÃnio aplicado no solo. / The development of new technologies that seek to reduce the use of fertilizers, especially nitrogen, is essential for the sustainability of the production system in maize (Zea mays L.). The use of microorganisms in agriculture is a widely researched alternative, seeking a reduction in the use of nitrogen fertilizers with consequent reduction in environmental degradation. This study aimed at proving the hypothesis of the effect of inoculation with endophytic diazotrophic bacteria on growth and nutrient content in two maize hybrids subjected to four levels of nitrogen fertilization and on the soil microbial activity. The experiment was conducted in a greenhouse for a period of 90 days. The experimental design was randomized blocks, evaluating two maize hybrids (AG 1051 and BM 3061), the treatments were arranged in a 4 x 2 factorial design, with four replicates, inoculated and not inoculated with the commercial product based on Azospirillum brasilense and subjected to four different doses of nitrogen (0, 0.5, 1.0 and 1.5 g pot-1). In this trial, there was a significant interaction between inoculation factors and nitrogen doses root nitrogen accumulation and shoot phosphorus accumulation of the hybrid AG 1051. Regarding the BM 3061 hybrid, it showed a significant interaction on the shoot potassium accumulation. In the assessment, there have been isolated factors of inoculation and nitrogen doses for root dry mass, the accumulation of nitrogen and potassium of shoots for AG 1051. For BM 3061 hybrid, there were significant effects of phosphorus content of shoots and root potassium. The isolated factor of inoculation with Azospirillum brasilense showed significant effect only on the basal soil respiration under the influence of the hybrid BM 3061. Data on height, stem diameter, leaf area, chlorophyll content, dry mass of leaves, stems and roots of maize plants grown under greenhouse conditions showed significant effects attributed solely to the addition of nitrogen fertilizer, regardless of inoculation with Azospirillum brasilense. It was concluded that inoculation with Azospirillum brasilense in this study contributed little to the parameters evaluated, the maize hybrid AG 1051 was more sensitive to the inoculation with BM 3061, and that the maize hybrids are sensitive to the variation of the nitrogen content applied to the soil.