anteriormente denominada Programa de Pós-Graduação em Agronomia (Ciência do Solo) https://hdl.handle.net/1884/39588 2026-04-04T04:23:39Z 2026-04-04T04:23:39Z https://hdl.handle.net/1884/101452 2026-03-30T20:48:22Z 2026-01-01T00:00:00Z

Soil pore functionality, carbon storage, and ecosystem services in long-term agricultural systems Resumo: A intensificação sustentável da agricultura, através de sistemas integrados e conservacionistas, é fundamental para restaurar a funcionalidade do solo e mitigar as mudanças climáticas. O objetivo geral desta tese foi analisar a interdependência entre a funcionalidade do sistema de poros do solo, os estoques de carbono orgânico do solo e os serviços ecossistêmicos sob estratégias de manejo de conservação de longo prazo. Para atingir esse objetivo, a pesquisa abrangeu a avaliação de sistemas agrícolas integrados no sul do Brasil, bem como o uso de culturas de cobertura (>30 anos) em solos arenosos temperados na Suécia. A pesquisa foi estruturada em dois estudos de longa duração. O primeiro, realizado no Sul do Brasil (clima subtropical) em um Latossolo de textura argilosa, avaliou sistemas integrados de produção agropecuária (Pecuária, Lavoura-Pecuária, Pecuária-Floresta e Lavoura-Pecuária-Floresta) sob plantio direto. O segundo, conduzido no Sudoeste da Suécia (clima temperado) em solos de textura arenosa, investigou o impacto de culturas de cobertura (Lolium perenne) versus solo descoberto. No primeiro capítulo (publicado) os sistemas Lavoura-Pecuária e Lavoura Pecuária-Floresta aumentaram a condutividade hidráulica saturada (Ks) e a permeabilidade ao ar (Ka) em um Latossolo argiloso. No segundo capítulo, calculou-se o Índice de Serviços Ecossistêmicos (ISE) para avaliar a oferta de serviços em sistemas pecuários e pecuários florestais, visando quantificar, por meio de uma abordagem integrada, os benefícios e os trade offs decorrentes da presença de árvores nas pastagens. A aplicação deste índice demonstrou que a integração do componente arbóreo eleva a provisão global de serviços, aumentando o ISE de 0,52 (Pecuária) para 0,72 (Pecuária-Floresta). Evidenciou-se que eventuais reduções na provisão forrageira provocadas pelo sombreamento são funcional e amplamente compensadas pela produção de madeira e, principalmente, pela adicionalidade no sequestro de carbono, o que impulsiona significativamente os serviços de regulação climática. No âmbito dos processos físicos (Capítulo 3), observou-se uma relação negativa entre o carbono orgânico e os fluxos de água e ar, sugerindo que a aeração excessiva pode acelerar a mineralização da matéria orgânica. Já no estudo sueco (Capítulo 4), em solos arenosos vulneráveis, o manejo com culturas de cobertura (Lolium perenne) provou ser favorável ao aporte de carbono orgânico no solo e a retenção de água via microporosidade. Conclui-se que a adoção de sistemas integrados melhora as propriedades físicas do solo e potencializa serviços ambientais, demonstrando que a diversidade biológica atua como reguladora fundamental da estrutura dos poros. Dessa forma, o manejo conservacionista assegura o equilíbrio entre a funcionalidade hidráulica e a preservação do carbono, promovendo a resiliência dos sistemas agrícolas frente aos desafios climáticos globais; Abstract: Sustainable agricultural intensification, through integrated and conservation systems, is fundamental to restoring soil functionality and mitigating climate change. The general objective of this thesis was to analyze the interdependence among soil pore system functionality, soil organic carbon stocks, and ecosystem services under long-term conservation management strategies. To achieve this, the research encompassed the evaluation of integrated agricultural systems in Southern Brazil, as well as the use of cover crops (>30 years) in temperate sandy soils in Sweden. The research was structured into two long-term studies. The first, conducted in Southern Brazil (subtropical climate) on a clayey Ferralsol, evaluated integrated crop livestock systems (Livestock, Crop-Livestock, Livestock-Forestry and Crop-Livestock Forestry) under no-tillage. The second, conducted in Southwestern Sweden (temperate climate) on sandy soils, investigated the impact of cover crops (Lolium perenne) versus bare soil. In the first chapter (published), the Crop-Livestock and Crop-Livestock-Forestry systems increased saturated hydraulic conductivity (Ks) and air permeability (Ka) in a clayey Ferralsol. In the second chapter, the Ecosystem Services Index (ESI) was calculated to evaluate the provision of services in livestock and livestock-forestry systems, aiming to quantify, through an integrated approach, the benefits and trade-offs arising from the presence of trees in pastures. The application of this index demonstrated that the integration of the tree component enhances the overall provision of services, increasing the ESI from 0.52 (Livestock) to 0.72 (Livestock Forestry). It was evidenced that any reductions in forage provision caused by shading are functionally and largely offset by wood production and, most notably, by the additionality in carbon sequestration, which significantly boosts climate regulation services. Regarding physical processes (Chapter 3), a negative relationship was observed between organic carbon and water and air fluxes, suggesting that excessive aeration may accelerate organic matter mineralization. In the Swedish study (Chapter 4), on vulnerable sandy soils, management with cover crops (Lolium perenne) proved favorable for soil organic carbon input and water retention via microporosity. It is concluded that the adoption of integrated systems improves soil physical properties and enhances ecosystem services, demonstrating that biological diversity acts as a fundamental regulator of pore structure. Thus, conservation management ensures the balance between hydraulic functionality and carbon preservation, promoting the resilience of agricultural systems against global climate challenges Orientadora Profa. Dra. Karina M. V. Cavalieri Polizeli; Coorientador: Prof. Dr. Leandro Bittencourt de Oliveira; Banca: Karina Maria Vieira Cavalieri Polizeli (Presidente da Banca), Felipe Bonini da Luz, Lorena Chagas Torres e Rachel Muylaert Locks Guimarães; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa : Curitiba, 11/02/2026; Inclui referências

2026-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/101402 2026-03-25T19:26:09Z 2026-01-01T00:00:00Z

Interactions of plant growth-promoting microorganisms with Araucaria angustifolia (Bertol.) Kuntze Resumo: A Mata Atlântica Brasileira (MAB) é um hotspot de biodiversidade cuja restauração florestal necessita de estratégias que melhorem o desempenho inicial das mudas. Nesse sentido, microrganismos promotores de crescimento vegetal (MPCV), como fungos micorrízicos arbusculares (FMA) e bactérias promotoras de crescimento vegetal (BPCV) têm sido estudados como ferramentas biotecnológicas capazes de melhorar o estado nutricional e o vigor de espécies florestais nativas. Entre as espécies de interesse, a araucária (Araucaria angustifolia), que apresenta uma fitofisionomia própria dentro da MAB, nomeada Floresta de Araucárias ou Floresta Ombrófila Mista, está listada como criticamente ameaçada de extinção há mais de uma década, o que reforça a necessidade de estratégias que aumentem seu estabelecimento e sobrevivência. Portanto, esta tese foi alicerçada na hipótese de que a inoculação com MPCV melhoram o crescimento, o estado nutricional e a resiliência de mudas de espécies nativas da MAB. A pesquisa foi conduzida na literatura com dezenas de espécies florestais nativas da MAB, e experimentalmente com ênfase em A. angustifolia. Foram considerados diferentes grupos microbianos, condições experimentais, estresses ambientais e etapas do processo de produção e estabelecimento de mudas. O capítulo 1 consistiu em uma meta-análise com dados de 60 artigos que avaliaram os efeitos de FMA, BPCV, bactérias fixadoras de nitrogênio (BFN) e a combinação FMA+BFN em mudas nativas da MAB, considerando estágios sucessionais, grupos funcionais e condições experimentais. Os capítulos 2, 3 e 4 foram desenvolvidos com base em experimentos realizados com mudas de A. angustifolia, respectivamente, para: (2) avaliar o crescimento, o estado nutricional e a persistência de BPCV em diferentes substratos, utilizando técnicas de cultivo e PCR quantitativo (qPCR); (3) analisar os efeitos da inoculação com BPCV sob diferentes regimes hídricos, com avaliação de respostas morfológicas, fisiológicas e bioquímicas; (4) avaliar o efeito da inoculação com BPCV e FMA em diferentes momentos do ciclo de produção e estabelecimento das mudas em campo. A meta-análise demonstrou que a inoculação com MPCV, especialmente FMA, promove maiores benefícios em espécies pioneiras e secundárias iniciais, principalmente em condições estéreis e com fertilização fosfatada. A inoculação com BPCV melhorou o estado nutricional e o crescimento radicular de forma diferenciada em diferentes substratos, o que sugere que as BPCV utilizadas têm diferentes níveis de competitividade após a inoculação. Além disso, a qPCR mostrou-se uma ferramenta molecular eficaz para monitorar a persistência de BPCV nas raízes. A inoculação de BPCV em condições de seca afetou o acúmulo de nutrientes das mudas, o que poderia ser atribuído à maior tolerância à seca. No campo, a inoculação não afetou a altura ou a biomassa, mas as taxas de aplicação dos inoculantes ao longo do tempo influenciaram o diâmetro. Os resultados indicam que os benefícios dos MPCV dependem da adequação entre microrganismos, espécies vegetais, estágio sucessional e condições ambientais. Embora a inoculação contribua para aspectos específicos do desenvolvimento inicial e da resiliência das mudas, sua eficácia em campo requer abordagens integradas e experimentos adicionais em diferentes contextos ambientais, reforçando seu potencial, mas também suas limitações, como ferramenta para a restauração e conservação florestal; Abstract: The Brazilian Atlantic Forest (BAF) is a biodiversity hotspot whose forest restoration requires strategies that improve the early performance of seedlings. In this context, plant growth-promoting microorganisms (PGPM) such as arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and plant growth-promoting bacteria (PGPB), have been studied as biotechnological tools capable of enhancing the nutritional status and vigor of native forest species. Among the species of interest, the araucaria (Araucaria angustifolia), which forms a distinct phytophysiognomy within the BAF known as Araucaria Forest of Mixed Ombrophilous Forest, has been listed as critically endangered for more than a decade, reinforcing the need for strategies that increase its establishment and survival. Therefore, this thesis was based on the hypothesis that inoculation with PGPM improve the growth, nutritional status, and resilience of seedlings of native BAF species. The research was conducted through a literature review involving dozens of native forest species from BAF and experimentally with emphasis on A. angustifolia. Different microbial groups, experimental conditions, environmental stresses, stages of the seedling production and establishment process were considered. Chapter 1 consisted of a meta-analysis of data from 60 articles that evaluated the effects of AMF, PGPB, nitrogen-fixing bacteria (NFB), and the AMF+NFB combination on native BAF seedlings, considering successional stages, functional groups, and experimental conditions. Chapters 2, 3, and 4 were developed based on experiments conducted with A. angustifolia seedlings, respectively, to: (2) evaluate growth, nutritional status, and PGPB persistence in different substrates using cultivation techniques and quantitative PCR (qPCR); (3) analyze the effects of PGPB inoculation under different water regimes, assessing morphological, physiological, and biochemical responses; and (4) evaluate the effect of PGPB and AMF inoculation at different moments of the production cycle and seedling establishment in the field. The meta-analysis demonstrated that inoculation with PGPM, especially AMF, promotes greater benefits in pioneer and early secondary species, mainly under sterile conditions and with phosphate fertilization. PGPB inoculation improved nutritional status and root growth in different ways depending on the substrate, suggesting that the PGPB strains used exhibit different levels of competitiveness after inoculation. Furthermore, qPCR proved to be an effective molecular tool for monitoring PGPB persistence in roots. PGPB inoculation under drought conditions affected nutrient accumulation in seedlings, which could be attributed to increased drought tolerance. In the field, inoculation did not affect height or biomass, but the application rates of inoculants over time influenced stem diameter. The results indicate that the benefits of PGPM depend on the compatibility among microorganisms, plant species, successional stage, and environmental conditions. Although inoculation contributes to specific aspects of early development and seedling resilience, its effectiveness in the field requires integrated approaches and additional experiments in different environmental contexts, reinforcing its potential, but also its limitations, as a tool for forest restoration and conservation Orientadora: Profa. Dra. Glaciela Kaschuk; Banca: Glaciela Kaschuk (Presidente da Banca), Ana Carmen Cohen, Jesiane Stefania da Silva Batista, Danilo Eduardo Rozane e Raul Matias Cezar; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa : Curitiba, 20/02/2026; Inclui referências; Área de concentração: Solo e Ambiente

2026-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98471 2026-03-23T16:14:56Z 2025-01-01T00:00:00Z

Construção e validação de barra porta-ferramentas para mensuração das forças na operação de preparo do solo Resumo: A utilização de práticas conservacionistas na agricultura, com destaque para o sistema de plantio direto, tem se intensificado nos últimos anos com o objetivo de alcançar um equilíbrio entre produtividade, qualidade do solo e sustentabilidade. No entanto, essa prática apresenta desafios significativos, como a compactação em camadas superficiais no solo. Diante desse cenário, pesquisas têm sido desenvolvidas se dedicando ao estudo da relação solo-máquina, com o intuito de aumentar a eficiência operacional e minimizar os impactos negativos sobre o solo durante as operações de preparação e semeadura. Nesse contexto, o estudo das forças atuantes na interação solo-ferramenta tem se mostrado de grande relevância para o desenvolvimento de novos implementos agrícolas que otimizam as operações e minimizam as perturbações do solo. O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de uma barra porta-ferramenta capaz de mensurar as forças horizontais (Fx), verticais (Fy), e longitudinais (Fz) em diferentes tipos de ponteiras durante o processo de preparo do solo com o propósito de coletar dados sobre a resistência mecânica do solo. O experimento em faixas, conduzido no delineamento de blocos casualizado, resultaram em três tratamentos, sendo a haste com ponteira de 3 cm com asas, ponteira de 3 cm sem asas e ponteira de 4,7 cm sem asas. Para cada tratamento, foram realizadas sete repetições, totalizando 21 unidades experimentais. Os parâmetros analisados foram profundidade, força longitudinal, força transversal, força vertical, velocidade operacional e potência. Os dados foram inicialmente avaliados quanto à normalidade, pelo teste de Shapiro-Wilk, e à homogeneidade de variâncias, pelo teste de Brown-Forsythe. Quando ambas as premissas foram atendidas, aplicou-se a análise de variância (ANOVA) pelo teste F, utilizando o software R (R Core Team®). Em casos de significância (p = 0,05), as médias foram comparadas pelo teste de Tukey. A barra porta-ferramentas apresentou desempenho e confiabilidade satisfatórios, validando a fase de testes. A haste de 3 cm com asas proporcionou a maior mobilização do solo, evidenciada pela elevada força longitudinal e demanda de potência. A haste com ponteira de 3 cm sem asas apresentou desempenho intermediário, sendo a única a gerar força transversal positiva. Já a haste com ponteira de 4,7 cm sem asas mostrou comportamento semelhante à de 3 cm sem asas quanto às forças longitudinais e à demanda de potência, porém com maior força vertical, indicando maior resistência à penetração do solo; Abstract: The adoption of conservation practices in agriculture, particularly the no-tillage system, has increased in recent years in pursuit of a balance between productivity, soil quality, and sustainability. However, this system also poses challenges, such as compaction of the surface soil layers. In this context, research on the soil-machine interaction aims to improve operational efficiency while minimizing negative impacts on the soil during tillage and sowing operations. The study of forces involved in soil tool interaction is essential for the development of new agricultural implements that optimize soil disturbance and energy use. This study aimed to develop a toolbar capable of measuring longitudinal (Fx), transverse (Fy), and vertical (Fz) forces for different tine configurations during soil preparation, in order to assess soil mechanical resistance. The strip trial was conducted in a randomized block design with three treatments: a tine with a 3 cm tip and lateral wings, a tine with a 3 cm tip without wings, and a tine with a 4.7 cm tip without wings. Each treatment included seven replicates, totaling 21 experimental units. The variables evaluated were working depth, longitudinal force, transverse force, vertical force, operational speed, and power demand. Data were subjected to the Shapiro-Wilk test for normality and the Brown Forsythe test for variance homogeneity. When assumptions were met, analysis of variance (ANOVA) was applied using the F-test, with comparisons of means performed by the Tukey test (p = 0.05), in R software (R Core Team®). The toolbar showed satisfactory performance and structural reliability, confirming its effectiveness. The 3 cm tip with wings resulted in the highest soil mobilization, associated with greater longitudinal force and power requirement. The 3 cm tip without wings showed intermediate performance and was the only one to produce a positive transverse force. The 4.7 cm tip without wings had similar longitudinal force and power demand to the 3 cm wingless tip but presented greater vertical force, indicating higher resistance to soil penetration Orientador: Prof. Dr. Samir Paulo Jasper; Banca: Samir Paulo Jasper (Presidente da Banca), Jorge Wilson Cortez e Murilo Battistuzzi Martins; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa : Curitiba, 09/07/2025; Inclui referências

2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98362 2026-03-23T13:55:59Z 2025-01-01T00:00:00Z

Projeto e validação de unidade de ensaio estática de pneus agrícolas Resumo: O tráfego intenso de máquinas agrícolas em áreas de cultivo de cana-de açúcar, especialmente durante a colheita mecanizada, exerce elevadas pressões sobre o solo, favorecendo sua compactação e comprometendo a produtividade e a sustentabilidade da cultura. Entre os veículos utilizados nesse processo, o transbordo destaca-se como um dos que mais aplica carga ao solo, devido ao seu peso e frequência de passagem. Para compreender e mitigar esses impactos, foi desenvolvida e validada uma unidade fixa de ensaio de pneus agrícolas, projetada para simular, em condições controladas, a interação pneu–solo em diferentes profundidades. A unidade integra sistemas hidráulico, estrutural e de aquisição de dados, permitindo o monitoramento simultâneo da pressão exercida no solo, deflexões vertical e horizontal e recalque. A validação foi realizada por meio de ensaios com pneus radiais e diagonais de transbordo, sob carga e pressão de inflação representativas das operações reais. Os resultados demonstraram que o sistema atendeu aos requisitos de precisão e repetibilidade, possibilitando identificar diferenças consistentes entre as tecnologias construtivas: pneus radiais apresentaram distribuição de carga mais uniforme e menor concentração de pressão na camada superficial, favorecendo a dissipação em profundidade, enquanto pneus diagonais concentraram maior pressão no centro da área de contato, elevando as tensões superficiais. Conclui-se que a escolha do tipo de pneu impacta diretamente a compactação do solo e que a unidade desenvolvida é uma ferramenta eficiente para avaliar, de forma padronizada, o desempenho de rodados agrícolas, contribuindo para a otimização da eficiência operacional e redução dos impactos negativos da mecanização; Abstract: The intense traffic of agricultural machinery in sugarcane cultivation areas, especially during mechanized harvesting, exerts high pressures on the soil, favoring its compaction and compromising crop productivity and sustainability. Among the vehicles used in this process, the transshipment trailer stands out as one of the main contributors to soil loading due to its weight and frequency of passage. To better understand and mitigate these impacts, a fixed agricultural tire testing unit was developed and validated to simulate, under controlled conditions, tire–soil interaction at different depths. The unit integrates hydraulic, structural, and data acquisition systems, enabling simultaneous monitoring of soil pressure, vertical and horizontal deflections, and rut depth. Validation was performed through tests with radial and bias ply transshipment tires under representative load and inflation pressure conditions of actual field operations. The results showed that the system met the requirements for precision and repeatability, allowing consistent identification of differences between tire construction technologies: radial tires exhibited a more uniform load distribution and lower pressure concentration in the surface layer, promoting deeper load dissipation, while bias-ply tires concentrated higher pressure in the center of the contact area, increasing surface stresses. It is concluded that tire type directly influences soil compaction and that the developed unit is an effective tool for standardized evaluation of agricultural wheel performance, contributing to the optimization of operational efficiency and the reduction of the negative impacts of mechanization Orientador: Prof. Dr. Samir Paulo Jasper; Banca: Samir Paulo Jasper (Presidente da Banca), Aldir Carpes Marques Filho e Tiago Rodrigo Francetto; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa : Curitiba, 28/02/2025; Inclui referências

2025-01-01T00:00:00Z