The peatlands are ecosystems extremely sensitive to changes in hydrology, and are considered as faithful \"natural archives of ecological memory\". In the Serra do Espinhaço Meridional, Minas Gerais State, Brazil, mountain peatlands has been studied by soil scientists, but until now multi-proxy studies are almost absent. The location of these peatlands is ideal because they are in an area influenced by the activity of the South America Monsoon Systems (SAMS), which controls the amount and distribution of annual rainfall. The aim of this work was to reconstruct the environmental changes occurred throughout the late Pleistocene and Holocene, both at the local and regional scale by using a multi-proxy approach (stratigraphy, physical properties, 14C and OSL datings, pollen and geochemistry). However, determining of the processes involved in the genesis and evolution of peatlands soils was also necessary step. The physico-chemical properties and elemental composition of five peat cores (PdF-I, PdF-II, SJC, PI and SV) from four selected mires (Pau de Fruta, São João da Chapada, Pinheiros and Sempre Viva) seem to have responded to four main processes: relative accumulation of organic and mineral matter, linked to the evolution of the catchment soils (local erosion); deposition of dust from distant/regional sources; preservation of plant remains; and long and short-term peat decomposition. The combination of proxies of PdF-I core defined six main phases of change during the Holocene: (I) 10-7.4 cal kyr BP, wet and cold climate and soil instability in the mire catchment; (II) 7.4-4.2 cal kyr BP, wet and warm with catchment soils stability and enhanced deposition of regional dusts; (III) 4.2-2.2 cal kyr BP, dry and warm and a reactivation of soil erosion in the catchment; (IV) 2.2-1.2 cal kyr BP, dry and punctuated cooling, with enhanced deposition of regional dusts; (V) 1.2 cal kyr-400 cal yr BP, sub-humid climatic and the lowest inputs of local and regional dust and the largest accumulation of peat in the mire; and (VI) <400 cal yr BP, sub-humid conditions but both local and regional erosion largely increased. For the late Pleistocene, a combination of proxies applied to the PI core also defined six main phases: (I) 60-39.2 cal kyr BP, from sub-humid to dry amid colder conditions than today, and high soil instability in the mire catchment; (II) 39.2-27.8 cal kyr BP, dry and warm with cooling events under still high local erosion rates; (III) 27.8-16.4 cal kyr BP, wet and very cold with a decreased in soil erosion in the catchment; (IV) 16.4-6.6 cal kyr BP, very wet and very cold conditions with low intensity of local erosion; (V) 6.6-3.3 cal kyr BP, very dry and warm with increasing rates of local erosion; and (VI) <3.3 cal kyr BP, from dry and warm to sub-humid climate, with local erosion trend similar to the previous period. The climate is seen as the most important driving force of environmental change, but human activities are likely to have been at least partially responsible for the significant changes recorded over the past 400 years. Given the value as environmental archives, mires from Serra do Espinhaço Meridional should be fully protected. / As turfeiras são ecossistemas extremamente sensíveis às mudanças da hidrologia, e são por excelência consideradas como \"arquivos naturais da memória ecológica\". Na Serra do Espinhaço Meridional, Minas Gerais, Brasil, as turfeiras de montanha vem sendo estudadas pelos cientistas do solo, mas até então estudos multi-proxy são quase ausentes. A localização destas é ideal pois estão em uma área influenciada pela atividade do Sistema Monçônico da América do Sul (SMAS), que controlam a quantidade e distribuição de precipitação anual. O objetivo deste trabalho foi reconstruir as mudanças ambientais ocorridas através do Holoceno e Pleistoceno Tardio, tanto sob escala local quanto regional, usando uma abordagem multiproxy (estratigrafia, propriedades físicas, datações 14C e LOE, pólen e geoquímica). No entanto, determinação dos processos envolvidos na gênese e evolução dos solos das turfeiras também foi um passo necessário. As propriedades físico-químicas e composição elementar de cinco testemunhos de turfa (PdF-I, PdF-II, SJC, PI e SV) de quatro turfeiras selecionadas (Pau de Fruta, São João da Chapada, Pinheiros e Sempre Viva) parecem ter respondido a quatro processos principais: acumulação relativa de matéria orgânica e material mineral, ligados à evolução dos solos das bacias das turfeiras (erosão local); deposição de poeira de fontes distantes/regionais; preservação de restos de plantas; e decomposição da turfa em longo e curto prazo. A combinação de proxies de PdF-I definiu seis principais fases de mudanças durante o Holoceno: (I) 10-7,4 mil anos cal AP, clima úmido e frio e instabilidade do solo na bacia da turfeira; (II) 7,4-4,2 mil anos cal AP, úmido e quente com solo na bacia estável e aumento de deposição de poeiras regionais; (III) 4,2-2,2 mil anos cal AP, seco e quente e reativação da erosão do solo na bacia; (IV) 2,2-1,2 mil anos cal AP, seco e resfriamentos pontuais, com aumento de poeiras regionais; (V) 1,2 mil anos-400 anos cal AP, sub-úmido e com os mais baixas entradas de poeiras local e regionais e as maiores acumulações de turfa; e (VI) <400 anos cal AP, sub-úmido com forte erosão local e regional. Para o Pleistoceno tardio, uma combinação de proxies aplicada para PI também definiu seis principais fases: (I) 60-39,2 mil anos cal AP, de sub-úmido para seco em meio à temperaturas mais frias que o atual, e alta instabilidade do solo na bacia da turfeira; (II) 39,2-27,8 mil anos cal AP, seco e quente com alguns resfriamentos e ainda sob elevadas taxas de erosão local; (III) 27,8-16,4 mil anos cal AP, úmido e muito frio com redução da erosão do solo na bacia; (IV) 16,4-6,6 mil anos cal AP, muito úmido e muito frio com baixa intensidade de erosão local; (V) 6,6-3,3 mil anos cal AP, muito seco e quente com taxas crescentes de erosão local; e (VI) <3,3 mil anos cal AP, de seco e quente para sub-úmido, com tendência de erosão local semelhante ao período anterior. O clima é visto como o forçante mais importante das mudanças ambientais, mas é provável que atividades humanas tenham sido parcialmente responsáveis pelas mudanças significativas registradas ao longo dos últimos 400 anos. Dado o valor como arquivos ambientais, as turfeiras da Serra do Espinhaço Meridional devem ser completamente protegidas.

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2017-08-22T19:26:53Z No. of bitstreams: 1 2016 - Sidinei Julio Beutler.pdf: 3474278 bytes, checksum: 1adaf2ecd1077cf6ca3fa70c64954a43 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-22T19:26:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Sidinei Julio Beutler.pdf: 3474278 bytes, checksum: 1adaf2ecd1077cf6ca3fa70c64954a43 (MD5) Previous issue date: 2016-02-25 / CAPES / The Histosols are a major source of carbon storage in terrestrial environments and have high susceptibility to carbon losses when disturbed. The objective of this study was to generate pedotransfer functions (FPT) to assess the accuracy of previously published equations, applying them to predict soil bulk density (Bd) in organic soils from Brazil; to evaluate subsidence rate, and the variation of Bd and carbon of humic substances in Histosols over a period of one year; and to estimate stock and potential loss of carbon in Histosols from Rio de Janeiro State. For the first part of the study, there were used organic horizons, i.e., soil materials with total organic carbon (TOC) equal to or greater than 80 g kg-1 soil, totaling 280 horizons from different regions of Brazil. It was used the multiple linear regression technique and the equations were validated on independent data. There were tested 9 equations already published in the literature. The equations with better performance were the Hollis and FPT2, with R2 validation parameters of 0.48 and 0.49. When the clay fraction data is availlable, it is recommended to use the FPT1 equation; if there is no data on clay it is recommended the FPT2 and Hollis equations, which have only the TOC as a predictor variable. For the second part, a greenhouse experiment was carried out. For that, undisturbed samples were collected using PVC pipes, of two profiles of Organossolos Tiom?rficos, one in the neighborhood of Santa Cruz (SC Profile), city of Rio de Janeiro, and one in Mag? (Profile MG) municipality. There were evaluated 3 drainage levels, at 30, 60, and 100 cm deep, with 5 measuremts over time, being 0, 90, 180, 270, and 360 days (4 replicates). The MG profile presented the highest rates of subsidence, reaching 1.30 cm year-1 for the 100 cm drainage. Bd increased over time for both profiles, and the deeper drainage increased values in the SC profile. The deeper drainage favored the reduction of pH for both profiles. The TOC showed a decreasing trend over time. The values of carbon in the fulvic acid fraction (FAF), humic acid fraction (HAF), and humin fraction (HUM) showed no differences according to drainage levels. However, over time they showed high sensitivity to temperature changes, showing high levels of FAF and HAF at the end period and a consequent reduction in humin fraction. For the third and final section, there were used 43 soil profiles, where 18 of them did not have bulk density data, which were estimated by the FPTs. Comparisons between measured and estimated data groups was performed using the Wilcoxon test. The spatial distribution of the variables was performed using the IDW interpolation method. The average values of TOC was 228.0 g kg-1, Bd was 0.48 Mg m-3, the thickness of the profiles was 86 cm, the depth was 90 cm and the average stock TOC was 73.51 kg m-2. The spatialization showed qualitative differences for the variables in the different profile locations. The estimated TOC stock for the profiles form RJ State was 27,178,631.8 Mg. The estimated rates of loss were 10.87 kg m-2 for Histosols more recently drained and high TOC; of 7.16 kg m-2 for intermediate drained Histosols; and 1.46 kg m-2 for Histosols with longer time after drainage and low TOC. Soils with high TOC levels are more likely to have high losses TOC when disturbed. / Os Organossolos s?o uma importante fonte de estoque de carbono nos ambientes terrestres e possuem alta suscetibilidade ?s perdas de carbono quando perturbados. O objetivo do presente trabalho foi gerar equa??es, avaliar a acur?cia de equa??es j? publicadas, aplicando-as para a predi??o da densidade do solo (Ds) em solos org?nicos do Brasil; avaliar a taxa de subsid?ncia, a varia??o da Ds, e o carbono das subst?ncias h?micas em Organossolos ao longo do per?odo de um ano; e estimar o estoque e as potenciais perdas de carbono nos Organossolos do Estado do Rio de Janeiro. Para a primeira parte, trabalhou-se com horizontes org?nicos, i.e., materais de solo com teores de carbono org?nico total (COT) iguais ou maiores que 80 g kg-1 de solo, totalizando 280 horizontes em diferentes regi?es do Brasil. Foi empregada a t?cnica de regress?o linear m?ltipla e as equa??es foram validadas sobre dados independentes. Foram testadas 9 equa??es j? publicadas na literatura. As equa??es com melhor desempenho foram FPT2 e Hollis, com par?metros de valida??o R2 de 0,48 e 0,49. Em casos onde os teores de argila estejam quantificados, recomenda-se a equa??o FPT1, e na sua aus?ncia recomenda-se as equa??es FPT2 e Hollis, que possuem somente o COT como vari?vel preditora. Para a segunda parte, realizou-se um experimento em casa de vegeta??o. Foram coletadas amostras indeformadas em tubos de PVC, de dois perfis de Organossolo Tiom?rfico, sendo um no bairro Santa Cruz (Perfil SC), munic?pio de Rio de Janeiro, e outro no munic?pio de Mag? (Perfil MG). Foram avaliados 3 n?veis de drenagem, sendo de 30, 60, e 100 cm de profundidade, 5 avalia??es ao longo do tempo, sendo de 0, 90, 180, 270, e 360 dias (com 4 repeti??es). O perfil MG apresentou as maiores taxas de subsid?ncia, chegando a 1,30 cm ano-1 para a drenagem de 100 cm. A Ds aumentou ao longo do tempo para os dois perfis, e a drenagem mais profunda aumentou os valores no perfil SC. A drenagem mais profunda favoreceu a redu??o do pH para os dois perfis. Os teores de COT apresentaram tend?ncia de redu??o ao longo do tempo. Os valores de carbono da fra??o ?cido f?lvico (FAF), fra??o ?cido h?mico (FAH), e fra??o humina (HUM), n?o mostraram diferen?as de acordo com os n?veis de drenagem. No entanto, ao longo do tempo, apresentaram alta sensibilidade ?s varia??es de temperatura, mostrando elevados teores de FAF e FAH no per?odo final, e a consequente redu??o dos teores de HUM. Para a terceira e ?ltima parte do estudo, foram usados 43 perfis de Organossolos, sendo que 18 deles n?o apresentavam os dados de densidade do solo (Ds), os quais foram estimados por meio de FPTs. As compara??es entre os grupos de dados medidos e estimados foi feita pelo teste de Wilcoxon. A espacializa??o das vari?veis foi realizado atrav?s do m?todo de interpola??o IDW. Os valores m?dios de COT foi de 228,0 g kg-1, a Ds foi de 0,48 Mg m-3, a espessura dos perfis foi de 86 cm, a profundidade foi de 90 cm, e o estoque m?dio de COT foi de 73,51 kg m-2. A espacializa??o mostrou diferen?as qualitativas para as vari?veis nos diferentes locais. Foi estimado um estoque de COT de 27.178.631,8 Mg para os Organossolos do Estado do RJ. As taxas estimadas de perdas foram de 10,87 kg m-2 para Organossolos com drenagem mais recente e altos teores de COT; de 7,16 kg m-2 para Organossolos intermedi?rios; e 1,46 kg m-2 para Organossolos com menores teores de COT e longo tempo de drenagem. Solos com altos teores de COT est?o mais propensos a terem altas perdas de COT quando perturbados.

The peatlands are ecosystems extremely sensitive to changes in hydrology, and are considered as faithful \"natural archives of ecological memory\". In the Serra do Espinhaço Meridional, Minas Gerais State, Brazil, mountain peatlands has been studied by soil scientists, but until now multi-proxy studies are almost absent. The location of these peatlands is ideal because they are in an area influenced by the activity of the South America Monsoon Systems (SAMS), which controls the amount and distribution of annual rainfall. The aim of this work was to reconstruct the environmental changes occurred throughout the late Pleistocene and Holocene, both at the local and regional scale by using a multi-proxy approach (stratigraphy, physical properties, 14C and OSL datings, pollen and geochemistry). However, determining of the processes involved in the genesis and evolution of peatlands soils was also necessary step. The physico-chemical properties and elemental composition of five peat cores (PdF-I, PdF-II, SJC, PI and SV) from four selected mires (Pau de Fruta, São João da Chapada, Pinheiros and Sempre Viva) seem to have responded to four main processes: relative accumulation of organic and mineral matter, linked to the evolution of the catchment soils (local erosion); deposition of dust from distant/regional sources; preservation of plant remains; and long and short-term peat decomposition. The combination of proxies of PdF-I core defined six main phases of change during the Holocene: (I) 10-7.4 cal kyr BP, wet and cold climate and soil instability in the mire catchment; (II) 7.4-4.2 cal kyr BP, wet and warm with catchment soils stability and enhanced deposition of regional dusts; (III) 4.2-2.2 cal kyr BP, dry and warm and a reactivation of soil erosion in the catchment; (IV) 2.2-1.2 cal kyr BP, dry and punctuated cooling, with enhanced deposition of regional dusts; (V) 1.2 cal kyr-400 cal yr BP, sub-humid climatic and the lowest inputs of local and regional dust and the largest accumulation of peat in the mire; and (VI) <400 cal yr BP, sub-humid conditions but both local and regional erosion largely increased. For the late Pleistocene, a combination of proxies applied to the PI core also defined six main phases: (I) 60-39.2 cal kyr BP, from sub-humid to dry amid colder conditions than today, and high soil instability in the mire catchment; (II) 39.2-27.8 cal kyr BP, dry and warm with cooling events under still high local erosion rates; (III) 27.8-16.4 cal kyr BP, wet and very cold with a decreased in soil erosion in the catchment; (IV) 16.4-6.6 cal kyr BP, very wet and very cold conditions with low intensity of local erosion; (V) 6.6-3.3 cal kyr BP, very dry and warm with increasing rates of local erosion; and (VI) <3.3 cal kyr BP, from dry and warm to sub-humid climate, with local erosion trend similar to the previous period. The climate is seen as the most important driving force of environmental change, but human activities are likely to have been at least partially responsible for the significant changes recorded over the past 400 years. Given the value as environmental archives, mires from Serra do Espinhaço Meridional should be fully protected. / As turfeiras são ecossistemas extremamente sensíveis às mudanças da hidrologia, e são por excelência consideradas como \"arquivos naturais da memória ecológica\". Na Serra do Espinhaço Meridional, Minas Gerais, Brasil, as turfeiras de montanha vem sendo estudadas pelos cientistas do solo, mas até então estudos multi-proxy são quase ausentes. A localização destas é ideal pois estão em uma área influenciada pela atividade do Sistema Monçônico da América do Sul (SMAS), que controlam a quantidade e distribuição de precipitação anual. O objetivo deste trabalho foi reconstruir as mudanças ambientais ocorridas através do Holoceno e Pleistoceno Tardio, tanto sob escala local quanto regional, usando uma abordagem multiproxy (estratigrafia, propriedades físicas, datações 14C e LOE, pólen e geoquímica). No entanto, determinação dos processos envolvidos na gênese e evolução dos solos das turfeiras também foi um passo necessário. As propriedades físico-químicas e composição elementar de cinco testemunhos de turfa (PdF-I, PdF-II, SJC, PI e SV) de quatro turfeiras selecionadas (Pau de Fruta, São João da Chapada, Pinheiros e Sempre Viva) parecem ter respondido a quatro processos principais: acumulação relativa de matéria orgânica e material mineral, ligados à evolução dos solos das bacias das turfeiras (erosão local); deposição de poeira de fontes distantes/regionais; preservação de restos de plantas; e decomposição da turfa em longo e curto prazo. A combinação de proxies de PdF-I definiu seis principais fases de mudanças durante o Holoceno: (I) 10-7,4 mil anos cal AP, clima úmido e frio e instabilidade do solo na bacia da turfeira; (II) 7,4-4,2 mil anos cal AP, úmido e quente com solo na bacia estável e aumento de deposição de poeiras regionais; (III) 4,2-2,2 mil anos cal AP, seco e quente e reativação da erosão do solo na bacia; (IV) 2,2-1,2 mil anos cal AP, seco e resfriamentos pontuais, com aumento de poeiras regionais; (V) 1,2 mil anos-400 anos cal AP, sub-úmido e com os mais baixas entradas de poeiras local e regionais e as maiores acumulações de turfa; e (VI) <400 anos cal AP, sub-úmido com forte erosão local e regional. Para o Pleistoceno tardio, uma combinação de proxies aplicada para PI também definiu seis principais fases: (I) 60-39,2 mil anos cal AP, de sub-úmido para seco em meio à temperaturas mais frias que o atual, e alta instabilidade do solo na bacia da turfeira; (II) 39,2-27,8 mil anos cal AP, seco e quente com alguns resfriamentos e ainda sob elevadas taxas de erosão local; (III) 27,8-16,4 mil anos cal AP, úmido e muito frio com redução da erosão do solo na bacia; (IV) 16,4-6,6 mil anos cal AP, muito úmido e muito frio com baixa intensidade de erosão local; (V) 6,6-3,3 mil anos cal AP, muito seco e quente com taxas crescentes de erosão local; e (VI) <3,3 mil anos cal AP, de seco e quente para sub-úmido, com tendência de erosão local semelhante ao período anterior. O clima é visto como o forçante mais importante das mudanças ambientais, mas é provável que atividades humanas tenham sido parcialmente responsáveis pelas mudanças significativas registradas ao longo dos últimos 400 anos. Dado o valor como arquivos ambientais, as turfeiras da Serra do Espinhaço Meridional devem ser completamente protegidas.