https://hdl.handle.net/1884/39589 2026-05-22T01:27:24Z 2026-05-22T01:27:24Z https://hdl.handle.net/1884/97428 2026-04-27T17:56:15Z 2025-01-01T00:00:00Z

Avaliação da função habitat do solo de sistemas de uso para as minhocas em dois biomas brasileiros Resumo: A intensificação da agricultura tem sido acompanhada pelo aumento no uso de agrotóxicos, cujos resíduos, presentes nos solos agrícolas, apresentam potencial ecotoxicológico. Dentre os organismos edáficos, as minhocas destacam-se por sua sensibilidade às condições do solo e ao manejo adotado, além de desempenharem funções essenciais na manutenção dos processos ecossistêmicos. Os ensaios ecotoxicológicos padronizados da ISO e da ABNT permitem avaliar o impacto de diversas substâncias em espécies edáficas, porém esses métodos precisam ser melhor adaptados para os solos tropicais e subtropicais. Neste trabalho, investigou se a sobrevivência, desenvolvimento e reprodução de duas espécies de minhocas (Pontoscolex corethrurus e Perionyx excavatus), em ensaios padrão usando solos de três sistemas de uso e manejo: lavouras anuais sob plantio direto, culturas anuais sob plantio convencional (ambas sem uso de agrotóxicos) e floresta ombrófila mista nativa. Como controle, foi utilizado o solo artificial tropical (SAT) padrão para ensaios ecotoxicológicos. No segundo capítulo, avaliar diferentes espécies de minhocas (incluindo Eisenia andrei) como bioindicadoras da qualidade do solo, através de ensaios ecotoxicológicos padronizados. Os solos eram provenientes de áreas de vegetação nativa e sistemas agrícolas no bioma Cerrado e Mata Atlântica, e tinham condições químicas e físicas diferentes, incluindo níveis diferentes de resíduos de agrotóxicos. No primeiro capítulo, a espécie P. corethrurus ganhou peso, especialmente no plantio convencional, diferindo dos demais sistemas, porém, quase não houve reprodução neste sistema (1 casulo), enquanto no solo de plantio direto e floresta encontraram-se mais juvenis e casulos (8,2 e 21 e 9,6 e 16,4, respectivamente), mas sem diferença significativa entre os sistemas de manejo. No SAT, a alta condutividade (1,18 mS cm-1) levou à morte de todos os indivíduos inoculados. Com P. excavatus, a alta condutividade do SAT afetou negativamente a reprodução, em comparação aos solos naturais, onde não houve diferença na reprodução entre os sistemas de manejo. A P. excavatus apresenta-se como útil para ensaios de reprodução, por ter baixa mortalidade e alta reprodução em diferentes manejos do solo. No segundo capítulo, os níveis residuais dos agrotóxicos no solo estiveram relacionados com os atributos químicos e com a granulometria do solo, mas não foram iguais para todos os agrotóxicos avaliados. Além disso, observou-se relação entre diferentes agrotóxicos e a reprodução e sobrevivência das minhocas. Em particular, a reprodução de P. corethrurus esteve positivamente relacionada com os residuais de três agrotóxicos e o glifosato esteve negativamente associado à reprodução de todas as minhocas. A espécie P. excavatus mostrou uma boa reprodução nos solos estudados, gerando mais juvenis em comparação a espécie padrão E. andrei, possibilitando ser um bom substituto para a espécie padrão em condições tropicais. Inclusive, deve-se explorar a possibilidade de reduzir a duração do ensaio de 56 dias para um tempo menor (possivelmente 42 dias), considerando a alta reprodução dessa espécie e o alto número de juvenis gerados. Não obstante, formas mais eficazes de quantificar os casulos dessa espécie são necessárias; Abstract: The intensification of agriculture has been accompanied by an increased use of pesticides, whose residues, present in agricultural soils, exhibit ecotoxicological potential. Among soil organisms, earthworms stand out due to their sensitivity to soil conditions and management practices, in addition to playing essential roles in maintaining ecosystem processes. Standardized ecotoxicological tests by ISO and ABNT allow the assessment of the impact of various substances on edaphic species; however, these methods must be better adapted to tropical and subtropical soils. In this study, we investigated the survival, growth, and reproduction of two earthworm species (Pontoscolex corethrurus and Perionyx excavatus) in standard tests using soils from three land use and management systems: annual crops under no-tillage, annual crops under conventional tillage (both without pesticide application), and native mixed ombrophilous forest. As a control, standard Tropical Artificial Soil (TAS) was used in accordance with ecotoxicological testing protocols. We also evaluated different earthworm species (including Eisenia andrei) as bioindicators of soil quality through standardized ecotoxicological assays. Soils were collected from native vegetation areas and agricultural systems in the Cerrado and Atlantic Forest biomes, and presented varying chemical and physical properties, including differing levels of pesticide residues. P. corethrurus exhibited weight gain, particularly in conventional tillage soil, differing from other systems; however, reproduction in this system was nearly absent (only one cocoon), whereas juvenile and cocoon production was observed in no-tillage and forest soils (8.2 and 21; and 9.6 and 16.4, respectively), with no significant difference among the management systems. In TAS, the high electrical conductivity (1.18 mS cm?¹) resulted in the mortality of all inoculated individuals. For P. excavatus, the high conductivity of TAS negatively affected reproduction when compared to natural soils, although no significant differences in reproduction were observed among the different land management systems. P. excavatus proved to be useful for reproduction tests due to its low mortality and high reproductive output across soil management conditions. Residual pesticide levels in the soils were associated with soil chemical attributes and particle size distribution, although the behavior varied among the pesticides evaluated. Additionally, both positive and negative relationships were observed between different pesticides and earthworm survival and reproduction. Notably, P. corethrurus reproduction was positively associated with residues of three pesticides, while glyphosate was negatively correlated with the reproduction of all tested earthworm species. P. excavatus showed strong reproductive performance in the tested soils, producing more juveniles compared to the standard species E. andrei, supporting its use as a suitable substitute under tropical conditions. Furthermore, shortening the test duration from 56 to potentially 42 days should be considered, given the high reproductive rate and large number of juveniles produced by this species. Nonetheless, more efficient methods for quantifying cocoons of this species are needed Orientador: Prof. Dr. George Gardner Brown; Coorientadora: Profa. Dr(a). Eloana Janice Bonfleur; Banca: George Gardner Brown (Presidente da Banca), Luis Carlos Iuñes de Oliveira Filho, Júlia Carina Niemeyer e Felipe Bonini da Luz; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa : Curitiba, 22/04/2025; Inclui referências; Área de concentração: Solo e Ambiente

2025-01-01T00:00:00Z 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/1884/99049 2026-03-13T14:15:48Z 2025-01-01T00:00:00Z

Biomarcadores no solo e perdas de água, sedimento e nutrientes via escoamento superficial em plantio direto com aplicação de dejeto líquido bovino Resumo: A aplicação de dejeto líquido bovino (DLB) no solo oferece vantagem para os sistemas agrícolas. No entanto, ela pode contribuir com a hidrofobicidade do solo comprometendo a infiltração e a disponibilidade hídrica para as plantas. Neste estudo, buscamos identificar biomarcadores associados à hidrofobicidade do solo em distintas condições: no próprio DLB, em solos com aplicações de DLB de curto e longo prazo, e em solos sem aplicação de DLB. Adicionalmente, avaliamos as perdas de água, solo e nutrientes por escoamento superficial em sistema de plantio direto que recebeu DLB consecutivamente por 15 anos. A metodologia para análise e identificação dos biomarcadores do solo e do DLB envolveu a extração da fração lipídica de amostras, seguida por análise em cromatografia gasosa acoplada ao espectrômetro de massa. Os grupos funcionais orgânicos presentes foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Os resultados de cromatografia permitiram a identificação de grupos de compostos como terpenoides, ácidos graxos, n-alcanos, esteroides e fitoesteroides. Notavelmente, no DLB e nos solos com DLB submetidos a 5 dias de incubação, os esteroides e ácidos graxos apresentaram os maiores percentuais de abundância. Para responder sobre o transporte via escoamento superficial, quantificamos a concentração de nutrientes em diferentes frações, bem como as perdas de água, solo e nutrientes sob precipitação natural e diferentes doses de DLB (0, 60, 120 e 180 (0, 60, 120 e 180 m3 ha–1 ano–1). Este monitoramento ocorreu entre 2015 e 2021 em um Latossolo Vermelho distroférrico, sob sistema plantio direto com adição contínua de DLB na superfície do solo (sem incorporação) desde 2005. Observou-se um efeito positivo da aplicação de DLB nas classes de precipitação de baixo e médio volume. No entanto este benefício não tenha sido mantido em classes de alta precipitação. Embora a aplicação de DLB tenha aumentado a concentração de nutrientes, ela reduziu as perdas na fração biodisponível e, portanto, reduziu o risco ambiental a curto prazo. O resíduo de soja, por sua vez, apresentou o pior desempenho na mitigação das perdas de água e sedimentos; Abstract: Application of dairy liquid manure (DLM) to soil offers advantages to agricultural systems. However, it may contribute to soil hydrophobicity, thereby impairing infiltration and water availability for plants. in this study, we aimed to identify biomarkers associated with soil hydrophobicity under different conditions: within the DLM itself, in soils with short- and long-term DLM application, and in soils without DLM application. Additionally, we evaluated water, soil, and nutrient losses via surface runoff in a no-till system that received consecutive DLM applications over a period of 15 years. The methodology for analyzing and identifying soil and DLM biomarkers involved lipid fraction extraction from samples, followed by gas chromatography coupled with mass spectrometry. The presence of organic functional groups was characterized using Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Chromatographic results enabled the identification of compound groups such as terpenoids, fatty acids, n-alkanes, steroids, and phytosteroids. Notably, in DLM and soils subjected to 5 days of incubation, steroids and fatty acids exhibited the highest abundance percentages. To address nutrient transport via surface runoff, we quantified nutrient concentrations in different fractions, as well as water, soil, and nutrient losses under natural precipitation and varying DLM doses (0, 60, 120, and 180 m³ ha-¹ year-¹). This monitoring was conducted between 2015 and 2021 in a dystrophic red Latosol under a no-till system with continuous surface application of DLM (without incorporation) since 2005. A positive effect of DLM application was observed in low and medium precipitation classes; however, this benefit was not maintained under high precipitation conditions. Although DLM application increased nutrient concentrations, it reduced losses in the bioavailable fraction, thereby decreasing short-term environmental risk. Conversely, soybean residue demonstrated the poorest performance in mitigating water and sediment losses Orientadora: Profa. Dra. Nerilde Favaretto; Coorientadoras: Profa. Dra. Beatriz Helena L. de Noronha Sales Maia (UFPR), Profa. Dra. Deborah Pinheiro Dick (UFRGS); Banca: Nerilde Favaretto (Presidente da Banca), Josiléia Acordi Zanatta, Gabriel Barth e Julio Cesar Rodrigues de Azevedo; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa : Curitiba, 28/04/2025; Inclui referências; Área de concentração: Solo e Ambiente

2025-01-01T00:00:00Z