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Orientador: Prof. Dr. André Carlos Auler Coorientador: Dr. Gabriel Barth Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa : Curitiba, 07/04/2022 Inclui referências Área de concentração: Solo e ambiente Resumo: A acidez do solo tem como seu principal fator a limitação no desenvolvimento de plantas na produção agrícola em diversos setores do mundo. O objetivo geral deste estudo foi a avaliar reaplicação de corretivos de acidez do solo, calcário de rocha moída (CRM), silicato de rocha moída (SRM) e calcário calcinado (CC), associados ou não ao gesso agrícola (GA) sobre agregação do solo em sistema de plantio direto (SPD). O presente estudo foi conduzido na área experimental no Campo Demonstrativo Experimental (CDE) da Fundação ABC, na cidade de Ponta Grossa- PR, sobre um LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO Distrófico de textura argiloarenosa. Os tratamentos foram os três corretivos da acidez do solo CRM (4,8 Mg ha- 1), SRM (15,4 Mg ha-1) e CC (3,4 Mg ha-1) mais um tratamento controle (sem correção da acidez), associados ou não ao gesso agrícola (GA) (3,0 Mg ha-1). Foram coletadas amostras indeformadas de solo em maio de 2021 (i) monólitos, nas camadas 0 - 0,05; 0,05 - 0,10 e 0,10 - 0,20 m, para avaliação da agregação e da estabilidade de agregados. As amostras deformadas foram coletadas nas camadas 0 - 0,05; 0,05 - 0,10; 0,10 - 0.20; 0,20 - 0,40 e 0,40 - 0,60 m, para determinação dos componentes da acidez do solo (pH, H+Al e Al3+), cátions básicos trocáveis (Ca2+, Mg2+ e K+) e teores de carbono lábil (COX-P) e orgânico (CO). O efeito da reaplicação dos corretivos da acidez foi mais eficaz, aumentando conteúdo de carbono "lábil" no solo considerando uma de 0 - 0,20 m. Na camada de 0-0,05 m, os teores de carbono "lábil" mantiveram-se estáveis. Os calcários quando aplicados isoladamente aumentaram na disponibilidade de carbono orgânico no solo. A reaplicação dos corretivos da acidez e do gesso agrícola resultou na redução da classe de microagregados. As classes de MAgg grandes, médios e pequenos correlacionaram-se com acidez trocável (Al3+) do solo. Por outro lado, os microagregados correlacionou-se com acidez ativa (pH), potencial (H+Al) e com Mg2+. Os corretivos aumentaram o DMP e MAgg grandes na camada de 0 - 0,05 m. O efeito da reaplicação dos corretivos e do gesso agrícola sobre acidez do solo será mais evidente a um maior longo prazo de aplicação, necessitando de posteriores avaliações. A combinação do calcário de rocha moída e calcário calcinado com o gesso agrícola, promoveu melhor correção do pH (acidez ativa) em superfície (0 - 0,20 m). Além de apresentar efeito positivo (Sem ou Com gesso) de gesso na disponibilidade de Ca2+ no em superfície. As classes de agregados estão fortemente ligadas aos componentes químicos do solo e dos cátions e ao carbono orgânico do solo. A classe MAgg grandes (macroagregados) aumenta conforme à aplicação dos corretivos da acidez sem aplicação de gesso agrícola. Abstract: The soil acidity has as its main factor the limitation in plant development in agricultural production in several sectors of the world. The general objective of this study was to evaluate the reapplication of soil acidity correctives, ground rock limestone (CRM), ground rock silicate (SRM) and calcined limestone (CC), associated or not with agricultural gypsum (GA) on soil aggregation in no-till farming system (SPD). The present study was conducted in the experimental area of the ABC Foundation Experimental Demonstration Field (EDC), in the city of Ponta Grossa-PR, LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO Distrófico de textura argilo-arenosa. The treatments were the three soil acidity correctors CRM (4,8 Mg ha-1), SRM (15,4 Mg ha- 1) and CC (3,4 Mg ha-1) plus a control treatment (no acidity correction), associated or not with agricultural gypsum (GA) (3,0 Mg ha-1). Unformed soil samples were collected in May 2021 (i) monoliths, in the layers 0 - 0,05; 0,05 - 010 and 0,10 - 0,20 m, for evaluation of aggregation and aggregate stability. Deformed samples were collected in layers 0 - 0,05; 0,05 - 0,10; 0,10 - 0.20; 0,20 - 0,40 and 0,40 - 0,60 m for determination of soil acidity components (pH, H+Al and Al3+), basic exchangeable cations (Ca2+, Mg2+ and K+) and labile carbon (COX-P) and organic carbon (CO) contents. The effect of reapplication of acidity correctives was more effective, increasing labile carbon content in the soil considering a 0 - 0,20 m layer. In the 0 - 0,05 m layer, labile carbon contents remained stable. The limestones when applied alone increased the availability of organic carbon in the soil. The reapplication of the acidity correctives and agricultural gypsum resulted in the reduction of the microaggregates class. The large, medium and small MAgg classes correlated with exchangeable acidity (Al3+) of the soil. On the other hand, microaggregates correlated with active acidity (pH), potential (H+Al) and with Mg2+. The correctives increased DMP and large MAgg in the 0 - 0,05 m layer. The effect of reapplication of the correctives and agricultural gypsum on soil acidity will be more evident at longer term of application, requiring further evaluation. The combination of ground rock limestone and calcined limestone with gypsum promoted better pH correction (active acidity) on the surface (0 - 0,20 m). Besides showing a positive effect (without or with gypsum) of gypsum on Ca2+ availability at the surface. Aggregate classes are strongly linked to soil chemical components and cations and soil organic carbon. The large MAgg class (macroaggregates) increases according to the application of acidity correctives without gypsum application.

Submitted by Jéssica Pigatto de Queiróz Barcelos (j.barcelos@unesp.br) on 2021-07-16T12:49:44Z No. of bitstreams: 2 barcelos_jpq_dr_botfca_int.pdf: 3184632 bytes, checksum: ebaf59fe8996c4da8a5939ef29451279 (MD5) barcelos_jpq_dr_botfca_par.pdf: 687035 bytes, checksum: e6f825ecdc94a2351de01d0057be9cf8 (MD5) Approved for entry into archive by Ana Lucia de Grava Kempinas (ana.kempinas@unesp.br) on 2021-07-16T16:51:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 barcelos_jpq_dr_botfca_par.pdf: 565120 bytes, checksum: e4743dbcbc8de77e01dcc613d3f1aaa2 (MD5) Made available in DSpace on 2021-07-16T16:51:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 barcelos_jpq_dr_botfca_par.pdf: 565120 bytes, checksum: e4743dbcbc8de77e01dcc613d3f1aaa2 (MD5) Previous issue date: 2021-06-01 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Altas produtividades das culturas somente são possíveis diante da correção da acidez dos solos e neutralização do alumínio toxico. O calcário aplicado superficialmente tem seu efeito de forma lenta pelo perfil do solo, de forma que a associação com gesso se torna interessante ao aumentar a fertilidade em subsuperfície, favorecendo o crescimento radicular, aumentando o acúmulo de C em profundidade. A dinâmica do nitrogênio (N) e do carbono (C) no sistema solo-planta-atmosfera e a atividade microbiana do solo podem ser influenciadas pela aplicação superficial do calcário e do gesso e pela mudança do pH. Para avaliar a interação entre a aplicação de calcário, gesso e fertilizante nitrogenado nos balanços de N e C, foi realizado um experimento, em sistema de plantio direto com a sucessão de soja – milho safrinha, com milho consorciado com capim Tânzania (Megathyrsus maximus cv Tanzânia) que foi deixado no campo como planta de cobertura. Calcário e gesso foram aplicados antes da semeadura da cultura da soja em outubro de 2016, e novamente em outubro de 2017. Duas doses de N (0 e 160 kg ha-1 de N, sulfato de amônio) foram aplicadas anualmente na cultura do milho. Foram determinadas as entradas e saídas de N e C, e os balanços parciais de N e C. Baseado nos resultados obtidos no experimento de campo, foram realizadas incubações em laboratório com solos de cada tratamento em duas profundidades (0.0-0.10 m e 0.40-0.60 m). Foram adicionados ao solo substratos marcados com 14C em baixas concentrações para determinar a atividade microbiana, a eficiência de uso do C, e a mineralização de C e N do solo. Foi avaliado o perfil da comunidade microbiana do solo de amostras da camada arável, utilizando as metodologias phospholipid fatty acid (PLFA) e sequenciamento Illumina 16S ribosomal RNA (rRNA) amplicon. Embora o balanço parcial de N tenha apresentado resultado negativo, tanto o incremento anual de N no solo foi positivo, assim como o incremento anual de C. Os tratamentos com calcário apresentaram maior potencial de mineralização, e a aplicação de calcário e fertilizante nitrogenado apresentou maior nitrificação no solo. Apesar das diferenças entre a camada arável e o subsolo, e das diferenças nas características do solo causadas pela aplicação de N, a aplicação de calcário e gesso não resulta em diferença na eficiência de uso do 14C-glicose. Entretanto, os resultados não estavam diretamente relacionados ao aumento de pH ocasionado pela aplicação de calcário. Apesar disso, ao aliviar o estresse por acidez do solo, a aplicação de corretivos favoreceu a abundância de grupos microbianos considerados benéficos, como de fungos micorrízicos arbusculares e gêneros de bactérias envolvidas no ciclo do N. Além disso, apesar de não ocorrerem mudanças a nível de Filo, em curto período, as mudanças observadas auxiliam a predizer futuros comportamentos da comunidade microbiana. High crop yields are only possible when correcting soil acidity and neutralizing toxic aluminium. Lime when applied superficially moves very slowly in the soil profile, hence its association with gypsum is interesting to ameliorate sub-soil fertility favouring root growth, increasing the accumulation of C in depth. The dynamics of nitrogen (N) and carbon (C) in the soil-plant-atmosphere system and the microbial activity of the soil can be influenced by application of lime and gypsum, and consequently change in the soil pH. To evaluate the interaction between the application of lime, gypsum and nitrogen fertilizer in the balances of N and C, an experiment was carried out, in a notillage system with soybean followed by maize-off season, with maize intercropped with guinea grass (Megathyrsus maximus cv Tanzania) as a relay crop. Lime and gypsum were applied before soybean planting in October 2016, and again in October 2017. Two N rates (0, 160 kg ha-1 of N as ammonium sulphate) were applied annually to maize. N and C inputs, outputs and partial N and C balances were determined. Based on the results obtained in the field experiment, incubations were carried out in laboratories with soils from each treatment at two depths (0.0-0.10 m and 0.40-0.60 m). 14C-labelled substrates were added at low concentrations to determinate microbial activity, microbial substrate use efficiency, and C and N mineralization in the soil. We evaluated the soil microbial community profile from topsoil samples, using phospholipid fatty acid (PLFA) and Illumina 16S ribosomal RNA (rRNA) amplicon sequencing. Although the partial balance of N has shown a negative result, both annual increments of C and N in the soil were positive. The treatments with lime showed greater potential for mineralization, and the application of lime and N-fertilizer. presented higher nitrification in the soil. Despite the differences between the topsoil and the subsoil, and the differences in soil characteristics caused by the application of N, the application of lime and gypsum did not result in a difference in the 14C-glucose use efficiency. Thus, the observed results were not directly related to the pH increase caused by the application of limestone. However, soil amendments favour the abundance of beneficial microbial groups such as arbuscular mycorrhizal fungi and bacteria genera involved in N cycle, by alleviating soil acidity stress. Moreover, despite no changes found in the phylum-level in the short term, it assists with the capacity to predict the future behaviours of soil microbial communities. FAPESP: 2017/00398-5

Submitted by Helena Bejio (helena.bejio@unioeste.br) on 2022-03-31T13:59:13Z No. of bitstreams: 2 Kerolém_Cardoso_2021.pdf: 1327788 bytes, checksum: 08faf91b32c3473c54145edee6faf944 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Made available in DSpace on 2022-03-31T13:59:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Kerolém_Cardoso_2021.pdf: 1327788 bytes, checksum: 08faf91b32c3473c54145edee6faf944 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2021-05-31 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES The solubility of phytotoxic aluminum in soils causes limitations in crop performance, affecting the root system and later the shoot, with a reduction in plant growth and development factors. Thus, the use of plant growth promoting bacteria (BPCV) has gained prominence due to its use as a more sustainable management technology, favoring the search for reducing the harmful effects caused by aluminum. Thus, this study aimed to evaluate biochemical responses and photosynthetic, biometric and yield effects in wheat cultivars inoculated with Azospirillum brasilense and Pseudomonas fluorescens and subjected to the presence of phytotoxic aluminum. The experiment was carried out in a randomized block design, in a factorial arrangement 3 wheat cultivars x 4 growing conditions, with four replications. Electrolyte leakage in leaf and root tissues, as well as the levels of nitrate, free ammonium, N-aminosoluble, total soluble proteins, proline and glycine-betaine are reported. They were also measured as gas exchange and Spad index, in addition to biometric variables and production components. There was a significant increase in electrolyte leakage when the cultivars were subjected to aluminum, this effect being attenuated by the inoculation of BPCV. For the levels of nitrate and ammonium there was a significant difference between the cultivars; the content of total soluble proteins was reduced in the presence of aluminum and those of N-aminosoluble proteins did not change. Compatible osmolyte rules increased above 20% with inoculation. There was an increase in photosynthetic, biometric and production performance when the cultivars were inoculated with bacteria in soil with the presence of aluminum. Inoculation with Pseudomonas fluorescens provided the best attenuation and a BRS Sanhaço cultivar better positioning in soil with the presence of phytotoxic aluminum, resulting in a reduction of photosynthetic and biochemical damage. A solubilidade de alumínio fitotóxico em solos ácidos causa limitações no desempenho das culturas afetando o sistema radicular e posteriormente a parte aérea, com redução dos fatores de crescimento e desenvolvimento da planta. Desse modo, a utilização de bactérias promotoras de crescimento vegetal (BPCV) tem ganhado destaque pelo seu uso como tecnologia de manejo mais sustentável, favorecendo a busca por estratégias de redução dos efeitos deletérios causados pelo alumínio. Assim, este estudo teve por objetivo avaliar respostas bioquímicas e efeitos fotossintéticos, biométricos e de produção em cultivares de trigo inoculadas com Azospirillum brasilense e Pseudomonas fluorescens e submetidas a presença de alumínio fitotóxico. O experimento foi conduzido em delineamento de blocos casualizados, em esquema fatorial 3 cultivares de trigo x 4 condições de cultivo, com quatro repetições. Avaliou-se o extravasamento de eletrólitos em tecidos foliares e radiculares, bem como os teores de nitrato, amônio livre, Naminossolúveis, proteínas solúveis totais, prolina e glicina-betaína. Também foram mensuradas as trocas gasosas e índice Spad, além das variáveis biométricas e componentes da produção. Houve aumento significativo do extravasamento de eletrólitos quando as cultivares foram submetidas ao alumínio, sendo este efeito atenuado pela inoculação das BPCV. Para os teores de nitrato e amônio houve diferença significativa somente entre as cultivares; o teor de proteínas solúveis totais foi reduzido na presença de alumínio e os de N-aminossolúveis não se alteraram. As concentrações de osmólitos compatíveis aumentaram acima de 20% com a inoculação. Houve incremento no desempenho fotossintético, biométrico e de produção quando as cultivares foram inoculadas com as bactérias em solo com presença de alumínio. A inoculação com Pseudomonas fluorescens proporcionou melhor atenuação e a cultivar BRS Sanhaço demonstrou melhor posicionamento em solo com a presença de alumínio fitotóxico culminando em redução dos danos fotossintéticos e bioquímicos.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A presença de espécies invasoras em um ecossistema contribui ativamente para a perda de diversidade. Plantas invasoras possuem ampla plasticidade e fatores intrínsecos podem influenciar o estabelecimento de populações, como por exemplo a qualidade e os atributos do solo. Mediante isso, o estudo objetivou verificar se Schizolobium parahyba apresenta melhores taxas de desenvolvimento em solos de Cerrado com características similares ao seu de origem (formações florestais). Foram coletados e analisados solos de floresta estacional semidecidual (FES), cerrado sensu stricto (CER) e cerrado degradado (DEG), os quais diferiram em características físico-químicas como: pH, M.O., C.O, P, K, Al, Ca e granulometria. Os solos foram colocados em vasos de polietileno e dispostos sob bancada em casa de vegetação. Foram plantadas duas sementes por vasos e todo o experimento foi conduzido sob uma mesma condição ambiental, até o 45º dia, quando foram aferidos a emergência das plantas e parâmetros morfofisiológicos. Plantas de S. parahyba apresentaram melhor desenvolvimento quando crescidas no solo de FES em relação aos solos DEG e de CER. A análise de componentes principais mostra discernimento entre as plantas crescidas nos três tipos de solo, de forma mais distinta o grupo de FES em relação aos demais. A emergência de plântulas de S. parahyba foi menor no solo de CER. O desenvolvimento vegetal diferiu em vários parâmetros fisiológicos e morfológicos, afetando tanto a produção de biomassa quanto sua alocação nas diferentes partes da planta. A partir destes parâmetros, foi possível observar plantas maiores e com maior vigor crescidas FES, e plantas menores e menos robustas crescidas em CER e DEG. Schizolobium parahyba apresentou melhor desenvolvimento em solo de fitofisionomia florestal do que em solo de fitofisionomias típicas de Cerrado, o que colocaria as formações florestais como uma das mais ameaçadas pela sua invasão. The presence of invasive species in an ecosystem actively contributes to the loss of diversity. Invasive plants have large plasticity and intrinsic factors can influence the establishment of populations, such as the quality and the attributes of the soil. Therefore, the study aimed to verify whether Schizolobium parahyba shows better development rates in Cerrado soils with characteristics similar to its original (forest formations). Soil from semideciduous seasonal forest (FES), cerrado sensu stricto (CER) and degraded cerrado (DEG) were collected and analyzed, which differed in physical and chemical characteristics such as: pH, OM, CO, P, K, Al, Ca and granulometry. The soils were placed in polyethylene pots and placed on a bench in a greenhouse. Two seeds were planted per pot, and the whole experiment was conducted under the same environmental conditions, until the 45th day, when the emergence of plants and morphophysiological parameters were measured. Plants of S. parahyba showed better development when grown in the soil of FES in relation to the soils DEG and CER. The principal component analyzes showed discrimination among the plants grown in the three types of soil, in a more distinct way the FES group in relation to the others. The emergence of S. parahyba seedlings was lesser in the CER soil. The development of the specimens differed in several physiological and morphological parameters, affecting both the production of biomass and its allocation in different parts of the plant. From these parameters, it was possible to observe larger plants with greater vigor grown FES, and smaller and less robust plants grown in CER and DEG. Schizolobium parahyba showed better development in forest phytophysiognomy soil than in typical cerrado phytophysiognomies, which would place forest formations as one of the most endanger by invasion. Dissertação (Mestrado)

This work’s purpose is to evaluate the use of the golden mussel shell (Limnoperna fortunei) as a limestone’s substitute in soil correction. For this, 30 L pots were filled with acidic and sandy soil, to which were added doses (0, 1.0; 2.0 and 2.5 t ha-1) of milled mussel shells-MM (0, 25mm), mussel shells in pieces-MP (8 mm) and limestone-CALC, the latter as a reference. A fertilization with NPK (08-28-16) of 1t ha-1 was carried out for the initial growth of corn, the indicator plant. After 30 days of soil incubation with the correctives (CALC, MM and MP), the corn was sown and remained in cultivation for 90 days. After this period, the soil (fertility) and plant (height, stem diameter, leaf chlorophyll, dry mass of aerial part and root and root length) evaluations were carried out. The results show that MM can replace CALC, since it increases the Ca2+ in the soil, the pH, reduces Al3+ and potential acidity, a behavior statistically equal to CALC. The MP produced the same response pattern for the variables analyzed; however, it requires larger doses or more time for reaction, due to the coarser particle size. Based in the observations, it is concluded that MM can replace CALC and the aluminum neutralization occurs for both, with 1.8 t ha-1, while for MP 3.05 t ha-1 is required. Corn also responded to CALC, MM and MP, so the use of the mussel shell as a corrective can be an effective mean of disposing this residue. En este trabajo se propuso evaluar el uso de la concha de mejillón dorado (Limnoperna fortunei) como sustituto de la piedra caliza en la corrección de suelos. Para ello se llenaron macetas de 30 L con suelo ácido y arenoso, a lo que se les adicionó dosis (0, 1,0; 2,0 y 2,5 t ha-1) de conchas de mejillón molidas-MM (0, 25mm), en piezas-MP (8 mm) y caliza-CALC, esta última como referencia. Se realizó una fertilización con NPK (28-08-16) de 1t ha-1 para el crecimiento inicial del maíz, planta indicadora. Luego de 30 días de incubación del suelo con los correctivos (CALC, MM y MP), el maíz se sembró y permaneció en cultivo por 90 días. Después de este período, se realizaron las evaluaciones de suelo (fertilidad) y de plantas (altura, diámetro del tallo, clorofila foliar, masa seca de la parte aérea y raíz, y longitud de raíz). Los resultados muestran que MM puede reemplazar CALC, ya que aumenta el Ca2+ en el suelo, el pH, reduce Al 3+ y la acidez potencial, en un comportamiento estadísticamente igual a CALC. El MP produjo el mismo patrón de respuesta para las variables analizadas, sin embargo requiere dosis mayores o más tiempo de reacción, debido al tamaño de partícula más grueso. A la vista de las observaciones, se concluye que MM puede reemplazar a CALC y que la neutralización del aluminio ocurre, para ambos, con 1,8 t ha-1, mientras que para MP se requiere 3,05 t ha-1. El maíz también respondió a CALC, MM y MP, por lo que el uso de la concha de mejillón como correctivo puede ser un medio eficaz para eliminar este residuo.Incluir o resumo em espanhol. Neste trabalho propôs-se avaliar o uso da carapaça do mexilhão-dourado (Limnoperna fortunei) como substituto do calcário na correção do solo. Para isto, vasos de 30 L foram preenchidos com solo ácido e arenoso, a este adicionaram-se doses (0, 1,0; 2,0 e 2,5 t ha-1) de carapaças de mexilhão moída-MM (0,25mm), em pedaços-MP (8 mm) e de calcário-CALC, este último como referencia. Uma adubação com NPK (08-28-16) de 1t ha-1 foi realizada para o crescimento inicial do milho, planta indicadora. Após 30 dias de incubação do solo com os corretivos (CALC, MM e MP), o milho foi semeado e permaneceu em cultivo 90 dias. Transcorrido este período procedeu-se às avaliações de solo (fertilidade) e planta (altura, diâmetro do colmo, clorofila foliar, massa seca de parte aérea e raiz e comprimento de raiz). Os resultados mostram que MM pode substituir CALC, pois eleva o Ca2+no solo, o pH, reduz Al3+ e acidez potencial, em comportamento estatisticamente igual a CALC. O MP produziu o mesmo padrão de resposta para as variáveis analisadas, no entanto necessita de doses maiores ou mais tempo para reação, devido à granulometria mais grosseira. Diante das observações conclui-se que o MM pode substituir o CALC e que a neutralização do alumínio ocorre, para ambos, com 1,8 t ha-1, enquanto para MP são necessárias 3,05 t ha-1. O milho respondeu igualmente a CALC, MM e MP, portanto o uso da carapaça do mexilhão como corretivo pode ser um meio eficaz de destinação deste resíduo.

Submitted by Letícia Pastore Mendonça (leticia.pastore@unesp.br) on 2020-05-06T22:54:40Z No. of bitstreams: 1 Tese versão publicada.pdf: 2164895 bytes, checksum: 3914360adf3a54a46ed8b72c891fe322 (MD5) Submitted by Letícia Pastore Mendonça (leticia.pastore@unesp.br) on 2020-05-06T22:54:40Z No. of bitstreams: 1 Tese versão publicada.pdf: 2164895 bytes, checksum: 3914360adf3a54a46ed8b72c891fe322 (MD5) Submitted by Letícia Pastore Mendonça (leticia.pastore@unesp.br) on 2020-05-06T22:54:40Z No. of bitstreams: 1 Tese versão publicada.pdf: 2164895 bytes, checksum: 3914360adf3a54a46ed8b72c891fe322 (MD5) Approved for entry into archive by Ana Lucia de Grava Kempinas (algkempinas@fca.unesp.br) on 2020-05-07T00:08:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mendonca_lp_dr_botfca.pdf: 2164895 bytes, checksum: 3914360adf3a54a46ed8b72c891fe322 (MD5) Approved for entry into archive by Ana Lucia de Grava Kempinas (algkempinas@fca.unesp.br) on 2020-05-07T00:08:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mendonca_lp_dr_botfca.pdf: 2164895 bytes, checksum: 3914360adf3a54a46ed8b72c891fe322 (MD5) Submitted by Letícia Pastore Mendonça (leticia.pastore@unesp.br) on 2020-05-06T22:54:40Z No. of bitstreams: 1 Tese versão publicada.pdf: 2164895 bytes, checksum: 3914360adf3a54a46ed8b72c891fe322 (MD5) Made available in DSpace on 2020-05-07T00:08:16Z (GMT). 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A aplicação superficial de calcário e gesso em sistema de semeadura direta (SSD) tem sido uma estratégia usada para melhorar as propriedades químicas do solo em subsuperficie, todavia, existem poucas informações sobre os efeitos dessa prática no balanço de carbono no sistema solo-planta-atmosfera. Dessa forma, o trabalho teve como objetivo avaliar a emissão acumulada anual de C-CO2, o estoque de C e N no solo, a qualidade da matéria orgânica do solo (MOS) e a atividade biológica, bem como a deposição de C e N pela biomassa do sistema radicular e pelos resíduos produzidos no final do ciclo das culturas na superfície do solo, em função da aplicação superficial de calcário e gesso em um SSD de longa duração. O experimento foi instalado em 2002 em um delineamento experimental em blocos casualizados no esquema de parcelas subdivididas e 4 repetições. A aplicação de calcário e gesso ocorreu nos anos de 2002, 2004, 2010 e por último em 2016 quando foi dado início a condução do presente trabalho. As parcelas foram constituídas por quatro níveis de calcário (ausência de aplicação, 3260, 6520 e 13040 kg ha-1) e as subparcelas por dois níveis de gesso agrícola (ausência de aplicação e 10000 kg ha-1). Ao final dos dois anos agrícolas a aplicação de calcário promoveu um aporte médio de 2,70 Mg ha-1 de C e 150 kg ha-1 de N pelo sistema radicular da soja, milho e U. ruziziensis em relação ao tratamento controle, respectivamente. A calagem promoveu um aporte médio de 14,00 Mg ha-1 de C e 400 kg ha-1 de N pela massa de matéria seca da parte aérea da soja, milho e U. ruziziensis em relação ao tratamento controle, respectivamente. A aplicação superficial de calcário e gesso não influenciaram os estoques de C e N no solo. A calagem superficial influenciou as frações da MOS, como também, os atributos biológicos do solo indicando uma possível condição de desequilíbrio. Os dados mostram que o calcário influenciou na emissão acumulada de C-CO2, e a dose de 3260 kg ha-1 de calcário apresentou emissão acumulada cerca de 10, 8 e 12% superior ao tratamento controle, dose de 6520 e 13040 kg ha-1 de calcário, respectivamente. A aplicação de calcário e gesso resultou em uma produtividade média de grãos cerca de 38 e 10% superior ao tratamento controle nas safras da soja, e 60 e 17% nas safras do milho, respectivamente. Os resultados sugerem que apesar da calagem influenciar na emissão de C-CO2, sua utilização em combinação com o gesso refletiu em maiores entradas de C via resíduos vegetais, compensando as saídas, promovendo um balanço de C mais favorável para o sistema, principalmente quando a dose de 13040 kg ha-1 de calcário foi empregada. Liming is an indispensable agricultural practice for the correction of acidity in tropical soils contributing to the increase in the production of grains and biomass. The superficial application of lime and gypsum in a direct seeding system (NT) has been a strategy used to improve the chemical properties of the soil in subsurface, however, there is little information about the effects of this practice on the carbon balance in the soil-plant-atmosphere system. Thus, the work aimed to evaluate the accumulated annual emission of C-CO2, the stock of C and N in the soil, the quality of soil organic matter (SOM) and the biological activity, as well as the deposition of C and N by the biomass of the root system and by the residues produced at the end of the crop cycle on the soil surface, due to the superficial application of lime and gypsum in a long-term NT. The experiment was installed in 2002 in a randomized block design in a split plot and 4 replications scheme. The application of lime and gypsum occurred in the years 2002, 2004, 2010 and lastly in 2016 when the conduction of the present work began. The plots consisted of four levels of lime (no application, 3260, 6520 and 13040 kg ha-1) and the subplots by two levels of agricultural gypsum (no application and 10,000 kg ha-1). At the end of the two agricultural years, the application of lime promoted an average supply of 2.70 Mg ha-1 of C and 150 kg ha-1 of N by the root system of the soybean, corn and U. ruziziensis in relation to the control treatment, respectively. Liming promoted an average supply of 14.00 Mg ha-1 of C and 400 kg ha-1 of N by the dry matter mass of the aerial part of the soybean, corn and U. ruziziensis in relation to the control treatment, respectively. The superficial application of lime and gypsum did not influence the C and N stocks in the soil. The superficial lime influences the SOM fractions, as well as the biological attributes of the soil, indicating a possible imbalance condition. The data show that liming influenced the accumulated emission of C-CO2, and the dose of 3260 kg ha-1 of lime showed an accumulated emission about 10, 8 and 12% higher than the control treatment, dose of 6520 and 13040 kg ha-1 of lime, respectively. The application of liming and gypsum resulted in an average grain yield of about 38 and 10% higher than the control treatment in soybean crops, and 60 and 17% in corn crops, respectively. The results suggest that although liming influences the emission of C-CO2, its use in combination with gypsum reflected in higher C inputs via plant residues, offsetting the outputs, promoting a more favorable C balance for the system, especially when the a dose of 13040 kg ha-1 of lime was used.

Orientador: Prof. Dr. Vander de Freitas Melo Coorientador: Prof. Dr. Antônio Carlos Vargas Motta Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa : Curitiba, 28/02/2020 Inclui referências: p. 55-62 Resumo: Os elementos fósforo (P) e enxofre (S) são nutrientes que apresentam-se no solo e são absorvidos pelas plantas como H2PO4-, HPO42- e SO42- e sua disponibilidade relaciona-se à adsorção pelos minerais da fração argila, dentre eles os óxihidróxidos de Fe dotados de grupos ferrol (FeOH) em suas estruturas e que, dependendo do pH, desenvolvem cargas positivas e negativas. Em solos ácidos os óxi-hidróxidos de Fe apresentam-se com somatório de cargas superficiais de valor positivo podendo reter oxiânions por meio de adsorção de esfera externa ou por meio de adsorção de esfera interna, quando ocorre perda da água de hidratação dessas espécies e deslocamento dos grupos ligantes -OH ligados a Fe, tornando o nutriente temporariamente indisponível para as plantas. Diante disso, o objetivo desse trabalho foi elucidar os mecanismos das reações de adsorção de esfera interna de H2PO4-, HPO42- e SO42-, sob diferentes pH e tempo de contato, em goethita (??-FeOOH) sintetizada em laboratório. Duas formas de goethitas foram usadas nos experimentos: purificadas, através de extração com oxalato de amônio ((NH4)2C2O4.H2O - OA), e não purificadas. Realizou-se a saturação dos dois tipos de goethita sintética com solução 20 g L-1 de KH2PO4 ou K2SO4, em pH 5,0, nos tempos de contato de 24 e 240 h, e pH 9,0, no tempo de contato de 240 h. A adsorção de esfera interna de H2PO4-, HPO42- e SO42-, de forma geral, foi mais intensa nas amostras de goethita tratadas com oxalato de amônio devido à funcionalização dos sítios de adsorção das amostras. A adsorção de esfera interna de H2PO4-, HPO42- e SO42- foi preferencial pelo deslocamento dos grupos ferrol diprotonado (-FeOH2+0,5), condição que ocorre em baixo pH. O grupo -Fe-OH-0,5 (menos reativo) é deslocado quando posicionado adjacente à -FeOH2+0,5 nos octaedros. O maior tempo de contato favoreceu a passagem dos oxiânions da camada Stern (adsorção de esfera externa) para a porção intramicelar (esfera interna). A adsorção do H2PO4- e HPO42- ocorre em maior quantidade tanto em pH 5 quanto em pH 9 quando comparado com SO42- devido à sua maior capacidade de troca de ligantes (tanto OH2+0,5 quanto OH- 0,5) ocasionada pela eletronegatividade das ligações P-O. A adsorção de esfera interna de H2PO4- (pH 5) e HPO42- (pH 9) em goethita ocorreu de forma bidentada binuclear protonada e bidentada binuclear desprotonada, respetivamente, sendo a primeira configuração a menos estável. SO42- somente desloca o ligante OH2+0,5 e não desloca OH-0,5. A adsorção de esfera interna de SO42- ocorre de forma bidentada binuclear somente em pH 5, enquanto em pH 9 ocorre adsorção de esfera interna do tipo monodentada mononuclear. Palavras-chave: Carga dependente de pH. Óxidos de ferro. Ânions. Solos ácidos. Abstract: The elements phosphorus (P) and sulfur (S) are nutrients that are present in the soil and are absorbed by plants such as H2PO4-, HPO42- and SO42- and their availability is related to the adsorption by the clay fraction minerals, among them the iron oxyhydroxides endowed with ferrol groups (FeOH) in their structures and which, depending on the pH, develop positive and negative charges. In acidic soils, the iron oxy-hydroxides present a positively charged surface that may retain oxyanions through outer sphere adsorption or through inner-sphere adsorption, when occur loss of hydration water of these species and displacement of the -OH ligand linked to Fe, making the nutrient temporarily unavailable to plants. Therefore, the objective of this work was to elucidate the mechanisms of the adsorption reactions of H2PO4-, HPO42- and SO42-, under different pH and contact time, in goethite (??-FeOOH) synthesized in the laboratory. Two forms of goethite were used in the experiments: purified, through extraction with ammonium oxalate ((NH4)2C2O4.H2O - OA), and not purified. The saturation of the two types of synthetic goethite was carried out with a 20 g L-1 solution of KH2PO4 or K2SO4, at pH 5,0, in the contact times of 24 and 240 h, and pH 9,0, in the 240 h contact time. The inner sphere adsorption of H2PO4-, HPO42- and SO42-, in general, was more intense in the samples of goethite treated with ammonium oxalate due to the functionalization of adsorption sites of these samples. The group -Fe-OH-0.5 (less reactive) is displaced when positioned adjacent to - FeOH2+0.5 in octahedrons. The longer contact time favored the passage of oxyanions from the Stern layer (outer sphere adsorption) to the intramellar portion (inner sphere adsorption). The adsorption of H2PO4- and HPO42- occurs in greater quantities both at pH 5 and pH 9 when compared to SO42- due to their greater capacity for ligand exchanging (both OH2+0.5 and OH-0.5) caused by the electronegativity of P-O bond. The inner sphere adsorption of H2PO4- (pH 5) and HPO42- (pH 9) in goethite occurred as protonated binuclear bidentate and deprotonated binuclear bidentate, respectively, the first configuration being the least stable. SO42- only displaces the ligand OH2+0.5 and does not displace OH-0.5. The inner sphere adsorption of SO42- occurs as a binuclear bidentate form only at pH 5, while at pH 9 there is inner sphere adsorption as a monodentate mononuclear form. Keywords: pH dependent charge. Iron oxides. Anions. Acidic soils

Submitted by TIARA MORAES GUIMARÃES (tiara.guimaraes@unesp.br) on 2019-10-09T16:46:27Z No. of bitstreams: 1 Tese- Tiara M Guimarães com ficha e aprov (1).pdf: 3132924 bytes, checksum: c604bfe9d913ba657ddf06782222fa34 (MD5) Approved for entry into archive by Maria Lucia Martins Frederico null (mlucia@fca.unesp.br) on 2019-10-09T17:38:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 guimaraes_tm_dr_botfca.pdf: 3132924 bytes, checksum: c604bfe9d913ba657ddf06782222fa34 (MD5) Made available in DSpace on 2019-10-09T17:38:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 guimaraes_tm_dr_botfca.pdf: 3132924 bytes, checksum: c604bfe9d913ba657ddf06782222fa34 (MD5) Previous issue date: 2019-07-30 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Com o advento de sistemas de direcionamento via satélite, onde é possível controlar tanto o tráfego das máquinas, quanto planejar e realizar o preparo e a sulcação apenas em locais pré-definidos, onde não haverá tráfego de máquinas, novos sistemas de preparo do solo têm surgido. O preparo profundo cateirizado consiste em preparar, corrigir e adubar o terreno somente na área onde serão confeccionados os sulcos de plantio, ou seja, somente na zona de crescimento das plantas, limitando a compactação em área específica de trânsito de maquinários. Porém, ainda é pouco conhecido os efeitos desse sistema de preparo na estrutura do solo e produtividade da cana-de-açúcar. Objetivou-se com esse trabalho avaliar, em área de cultivo de cana-de-açúcar, o efeito da calagem e do preparo do solo, na produtividade de colmos, nos atributos físicos do solo e na qualidade da matéria orgânica. Para isso, foram realizados dois experimentos, sendo um em solo de textura argilosa (Nitossolo Vermelho) e outro em solo de textura franco-arenosa (Latossolo Vermelho-Amarelo), utilizando-se o delineamento experimental de blocos casualizados, com quatro repetições. Os tratamentos foram constituídos por: Preparo Convencional (PC) sem aplicação de calcário, PC com aplicação de calcário, Preparo Profundo (PP) sem aplicação de calcário, e PP com aplicação de calcário. Foram avaliados os atributos físicos, carbono orgânico total (COT), fracionamento físico da MOS, biomassa microbiana do solo e produtividade de colmos. Em ambos os experimentos, o preparo do solo reduziu os teores de COT na área de canteiro até 20 cm de profundidade, quando realizou-se o preparo profundo, independente da aplicação de calcário, e quando realizou-se preparo convencional com calagem, com maior impacto no carbono associado aos minerais. A capacidade de imobilização de C pela biomassa microbiana do solo foi inversamente proporcional à intensidade de manejo do solo, com maiores teores de Cmic (carbono da biomassa microbina) e qMic (quociente microbiano) no sistema de preparo convencional, independente da aplicação de calcário para Nitossolo Vermelho, e com ausência de calagem no Latossolo Vermelho-Amarelo. Já o preparo profundo aumentou a RESP (respiração basal do solo) e o qCO2 (quociente metabólico), independente da aplicação de calcário. As principais modificações na física do solo ocorreram em Nitossolo Vermelho, onde o preparo profundo no canteiro aumentou a macroporosidade e reduziu a densidade do solo até 40 cm de profundidade. A ação da haste subsoladora no preparo profundo reduziu a compactação na camada de 60 a 80 cm de profundidade, aumentando os valores de macroporosidade. Em ambos os experimentos a aplicação de calcário aumentou a produtividade de colmos de cana-de-açúcar. 2014/20593-9

Brazilian Southern region presents acidic soils, being many of them classified as aluminum and alicytes, highlighting aluminum (Al) high levels occurrence. When in acid soils, the element is present in a trivalent form (Al +3 ), which is toxic for vegetal organisms. Studies already demonstrated the silicon (Si) and selenium (Se) efficacy as damage attenuators caused by phytotoxic elements. In this sense, our objective was to evaluate the resistance of the species to Al and Si and Se effect on Al toxicity in plants of Schinus terebinthifolius Raddi under hydroponic conditions. This study was conducted in greenhouse and in Plant Biochemistry Laboratory at Biology Department, Federal University of Santa Maria, RS. S. terebinthifolius plants were propagated via seeds in commercial substrate and later transferred to hydroponic culture in nutrient solution, where Al, Si and Se concentrations in mM were added as follows: Treatment 1: 0 Al + 0 Se and Si; Treatment 2: 2.5 Si; Treatment 3: 0 Al + 0.0025 Se; Treatment 4: 1.85 Al + 0 Se and Si; Treatment 5: 1.85 Al + 2.5 Si; Treatment 6: 1.85 Al + 0.0025 Se; Treatment 7: 3.71 Al + 0 Se and Si; Treatment 8: 3.71 Al + 2.5 Si; Treatment 9: 3.71 Al + 0.0025 Se). Following 21 days exposure to different treatments, under hydroponic cultivation were evaluated physiological variables (fresh and dry biomass, plant height, root system morphological variables, leaf area and photosynthetic variables) as well as biochemical (antioxidant enzymes, lipid peroxidation, and hydrogen peroxide content, ascorbic acid, non- protein thiols and photosynthetic pigments). Considering physiological variables, it was observed that Al is phytotoxic to this species at concentrations of 1.85 mM and 3.71 mM Al leading to significant reductions in shoot and root development. While Se did not mitigate damages caused by Al exposure, Si was able to alleviate only the damages caused by lowest Al concentrations (1.85 mM). Regarding biochemical variables, both Si and Se presented beneficial effects in Al-stress alleviation, mainly through antioxidant system activation and reduction of lipid peroxidation damages. In this way it can be concluded that the species has its performance negatively affected by Al presence, both physiologically and biochemically. However, Si was efficient in reducing physiological damage caused by Al, especially when Al concentrations were lower, whereas Se did not present this effect. Biochemically it has been noted that both Si and Se were capable of alleviating damage caused by Al through antioxidant system maintenance. Therefore, our results allow us to conclude that Si and Se elements were efficient in alleviating physiological and biochemical damages caused by aluminum in S. terebinthifolius plants. A região sul do Brasil apresenta solos ácidos, sendo que muitos destes solos são classificados como alumínicos e alíticos, ressaltando a ocorrência de altos teores de alumínio (Al). Este elemento, quando em solos ácidos, apresenta-se na forma trivalente (Al +3 ) a qual é toxica para os organismos vegetais. Estudos demonstram a eficácia dos elementos silício (Si) e selênio (Se) na atenuação dos danos causados por elementos fitotóxicos. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a resistência da espécie ao Al e o efeito do Si e do Se sobre a toxicidade do Al em plantas de Schinus terebinthifolius Raddi sob condições de cultivo hidropônico. O estudo foi conduzido na casa de vegetação e nos Laboratórios de Bioquímica de Plantas do Departamento de Biologia, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS. As plantas de S. terebinthifolius foram propagadas via sementes em substrato comercial e posteriormente foram transferidas para cultivo hidropônico em solução nutritiva onde foram adicionadas concentrações de Al, Si e Se em mM, na seguinte forma: Tratamento 1: 0 Al + 0 Se e Si; Tratamento 2: 2,5 Si; Tratamento 3: 0 Al + 0,0025 Se; Tratamento 4: 1,85 Al + 0 Se e Si; Tratamento 5: 1,85 Al + 2,5 Si; Tratamento 6: 1,85 Al + 0,0025 Se; Tratamento 7: 3,71 Al + 0 Se e Si; Tratamento 8: 3,71 Al + 2,5 Si; Tratamento 9: 3,71 Al + 0,0025 Se. Após a exposição aos diferentes tratamentos (21 dias), sob cultivo hidropônico, foi feita a coleta e análise variáveis fisiológicas (biomassa fresca e seca, altura de plantas, variáveis morfológicas do sistema radicular, área foliar e variáveis fotossintéticas), bioquímicas (enzimas antioxidantes, peroxidação lipídica, e conteúdo de peróxido de hidrogênio, ácido ascórbico, tióis não proteicos e pigmentos fotossintéticos). Para as variáveis fisiológicas observou-se que o Al é fitotóxico para esta espécie nas concentrações de 1,85 mM e 3,71 mM Al ocasionando reduções significativas no desenvolvimento de parte aérea e raiz. O Si foi capaz de atenuar os danos causados pelo Al, porém, apenas na menor concentração de Al (1,85 mM), enquanto o Se não mitigou os danos ocasionados pelo elemento fitotóxico. Quanto as variáveis bioquímicas, o Si e o Se apresentaram efeitos benéficos na amenização do estresse causado pelo Al, principalmente através da ativação do sistema antioxidante e na diminuição dos danos causados pela peroxidação lipídica. Desta forma pode-se concluir que a espécie tem o seu desempenho afetado negativamente pela presença do Al, tanto fisiologicamente como bioquimicamente. O Si se apresentou eficiente em reduzir os danos fisiológicos causados pelo Al, principalmente quando se tratou da menor concentração de Al, enquanto o Se não apresentou esse efeito. Bioquimicamente notou-se que Si e Se apresentam capacidade para atenuar os danos ocasionados pelo Al através de uma manutenção do sistema antioxidante. Portanto, nossos resultados indicam que o Si e o Se foram eficientes em aliviar danos fisiológicos e bioquímicos causando por Al em plantas de S. terebinthifolius.

Common bean (Phaseolus vulgaris L.) is the most important legume crop in the world, providing low-cost, high quality protein, minerals and dietary fiber for human nutrition. The crop was originated from diversity centers in America and exhibits adaptation abilities to different environmental conditions, including soil with low pH. Acid soils occupy 30% of the agro ecosystem areas in the world. In Madeira, acid Andosols and unsatured Cambisols are the dominant groups of soils. Generally, under acidic and infertile conditions, besides of H+ toxicity, soluble aluminium (Al) is the most important abiotic factor limiting plant development and crop productivity. In the field, the hidden roots are also affected and the reduction of root growth under Al stress can be clearly observed in early stages. Seedlings of fifty bean accessions from the Archipelago of Madeira were tested under controlled conditions in the presence of 50 µM Al at pH 4.4. In general, the tested germplasm appeared to be sensitive or very sensitive to Al toxicity. However, fifteen traditional cultivars clearly exhibited elevated Al-tolerance, with an average root relative elongation (RRE) exceeding 50%, while top six accessions surpassed the 60% RRE mark. The Madeira bean germplasm is a valuable resource for sustainable crop production in acid soils and it could be used as parental lines in breeding programs aimed for Al tolerance in common beans., Revista de Ciências Agrárias, vol. 36 n.º 2 (2013)

Diversos estudos realizados no Norte de Portugal têm alertado para a ocorrência de carências de magnésio ou para a possibilidade de deficiente nutrição magnesiana nalgumas culturas. A partir de Julho-Agosto, pode observar-se a sintomatologia de carência de Mg em diversas zonas daquela região em culturas como o milho, em arbóreas e arbustivas, e ainda em espécies florestais. Em Trás-os-Montes e Alto Douro e no Entre-Douro e Minho, as deficiências de Mg nas culturas têm-se observado sobretudo em solos desenvolvidos em xistos do Silúrico e do Ordovício, em xistos do Precâmbrico e Câmbrico do complexo Xistograuváquico e em solos provenientes de granitos predominantemente alcalinos de duas micas. Nas formações silúricas, ordovícias e do complexo Xisto-grauváquico dominam as seguintes litologias: quartzofilitos feldspáticos, filitos, micaxistos, xistos grafitosos, ampelitos, liditos, psamitos, grauvaques, siltitos e, ainda, quartzitos xistóides e quartzitos. As unidades-solo onde, frequentemente, se tem observado baixas concentrações foliares de Mg, ou mesmo sintomas da carência de Mg são: os Cambissolos e Leptossolos úmbricos; os Cambissolos e Leptossolos dístricos; os Regossolos úmbricos; os Fluvissolos dístricos e úmbricos; e, ainda, os Antrossolos úmbricos, cumúlicos e áricos. Alguns dos dados aqui apresentados foram coligidos, não só em estudos em que o principal objectivo foi o da confirmação da deficiência de Mg, mas também em levantamentos do estado nutritivo de diversas culturas. Na maioria dos estudos utilizou-se como método de diagnóstico as concentrações foliares de Mg, mas também foram identificadas razões entre nutrientes, nomeadamente Mg/N e Mg/K, associadas à carência de Mg. Nalguns deles determinou-se o limiar a partir do qual se observaram as deficiências de Mg. Em quase todos os trabalhos se encontraram correlações entre as concentrações foliares de Mg e diversos parâmetros químicos do solo, como os teores de Mg2+na solução do solo e o Mg2+de troca, com as razões Mg2+/K+, Mg2+/Ca2+, Mg2+/Ca2++ Mg2+, Mg2+/Ca2++ Mg2++ K+, Mg2+/CTC, Mg2+/NH4+e Mg2+/Al3++H+, ou com o efeito combinado destas razões. A carência de Mg parece ser clássica em solos ácidos provenientes de material originário pobre em Mg, mas também pode ser despoletada por factores locais, ou por práticas culturais desajustadas., Several studies carried out in Northern Portugal have drawn attention to the occurrence of magnesium deficiencies or deficient Mg nutrition in different crops. From July-August onwards symptoms of Mg deficiency can be observed in certain areas of this region in maize, fruit crops, fruit-trees and forest species. In the Trás-os-Montes and Alto Douro region and in the Entre-Douro and Minho region, Mg deficiencies in crops have been detected predominantly in soils located on schists of the Siluric and Ordovician, on schists of Precambrian and Cambrian of the Schist and Greywacke complex, and soils derived from two-mica alkaline granite. The following lithology is found in the schists and in the Schist and Greywacke complex: feldspar quartz-phyllites, phyllites, micaschists, graphytic slates, siltstones, ampelites, lydites, psamites, greywackes, phyllito-quartzites and quartzites. The soil units where low foliar Mg concentrations or visible Mg deficiencies in crops more often observed are: Dystric and Umbric Leptosols, Umbric Regosols, Dystric and Umbric Cambisols, Dystric and Umbric Fluvisols, Umbric and Aric Anthrosols and Cumulic Anthrosols. Some of the data presented here were gathered from studies where the main purpose was the confirmation of Mg deficiencies and surveys to assess the nutritional status of various crops. The majority of the studies used, as a diagnostic tool, both the foliar Mg concentrations and, in some cases, the nutrient ratios Mg/N and Mg/K. In some studies, the threshold values for the occurrence of Mg deficiencies were determined. Most studies showed correlations between foliar Mg concentrations and several soil chemical parameters, such as soil solution Mg2+, exchangeable Mg2+, ratios between exchangeable cations Mg2+/K+, Mg2+/Ca2+, Mg2+/Ca2++ Mg2+, Mg2+/Ca2++ Mg2++K+, Mg2+/CTC, Mg2+/NH4+and Mg2+/Al3++H+or the combination of some of these ratios. Mg deficiency seems to be a classic problem in acid soils derived from parent material poor in Mg, but it can also be triggered by local factors or by inappropriate management practices.

Tese de Doutoramento em Genética Molecular Comparativa e Tecnológica

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Sugarcane is a crop of global importance and has been expanding to areas with soils containing high levels of exchangeable aluminum (Al), which is a limiting factor for crop development in acidic soils. The study of the sugarcane physiological and nutritional behavior, together with patterns of gene expression in response to Al stress, may provide a basis for effective strategies to increase crop productivity in acid soils. Sugarcane varieties were evaluated for physiological parameters, nutrient and Al content in leaves and roots and gene expression by qPCR, with the genes MDH, SDH, both related to the production of organic acids, and SOD, related to the oxidative stress. Al affected the varieties behavior in relation to the studied parameters. The RB928064 showed the highest decrease in nutritional content when submitted to Al stress, higher leaf metal content and decreased transpiration rate and stomatal conductance. The variety RB867515 was the most resilient in relation to nutrient content, with little variation between treatments. It presented higher Al content in the roots, and like the RB935744, did not suffer variation in stomatal conductance and transpiration. For the studied genes, in RB928034 occurred greater MDH expression in leaves and SOD in leaves and roots. In RB935744, SDH was more expressed in leaves and MDH and SOD in roots, whereas for RB867515 all genes were more expressed in the roots. The occurrence of distinct Al responses among the varieties may provide different management strategies, seeking to allocate the less susceptible varieties in the places with Al toxicity. The results contribute to the development of Al tolerant sugarcane varieties, aiming the expression of all its genetic potential with the lower demand of inputs. A cana-de-açúcar é uma cultura de importância global e vem se expandindo para áreas com solos de alto teor de alumínio (Al) trocável, fator limitante para o desenvolvimento das culturas em solos ácidos. O estudo do comportamento fisiológico e nutricional da cana-de-açúcar, em conjunto com padrões de expressão gênica em resposta ao estresse pelo Al, pode fornecer uma base para estratégias eficazes em aumentar a produtividade da cultura em solos ácidos. Variedades de cana-de-açúcar foram submetidas à avaliação de parâmetros fisiológicos, especificamente teor de nutrientes, Al em folhas e raízes e também foram avaliadas em relação a expressão dos genes MDH, SDH, ambos relacionados à produção de ácidos orgânicos, e o gene SOD, relacionado ao estresse oxidativo. O Al afetou o comportamento das variedades em relação aos parâmetros estudados. A RB928064 apresentou o maior decréscimo no teor nutricional quando submetida ao estresse por Al, maior teor do metal nas folhas e diminuição na taxa de transpiração e condutância estomática. A variedade RB867515 foi a mais resiliente em relação ao teor de nutrientes, com pouca variação entre os tratamentos. Apresentou maior teor de Al nas raízes, e juntamente com a RB935744, não sofreu variação na condutância estomática e transpiração. Para os genes estudados, na RB928034 ocorreu maior expressão do MDH nas folhas e SOD nas folhas e raízes. Na RB935744, SDH foi mais expresso nas folhas e MDH e SOD nas raízes, enquanto que para a RB867515 todos os genes foram mais expressos nas raízes. A ocorrência de repostas distintas ao Al entre as variedades pode fornecer estratégias de manejo diferenciadas, procurando alocar as variedades menos suscetíveis nos locais mais propensos à toxidez por Al. Os resultados colaboram para o desenvolvimento de variedades de cana-de-açúcar tolerantes ao Al, visando a expressão de todo seu potencial genético com a menor demanda de insumos. FAPESP: 2013/06318-2

A produção agrícola em solos ácidos é comprometida pela toxidez do alumínio (Al), que danifica o sistema radicular, levando a deficiências minerais e a menor absorção de água. Considerando que aproximadamente 50% dos solos cultivados no mundo são ácidos, o desenvolvimento de cultivares tolerantes ao alumínio é um importante meio para se garantir a segurança alimentar no mundo. A tolerância ao alumínio em sorgo é conferida pelo gene SbMATE, localizado no loco AltSB, que contribui com a maior parte da variação fenotípica para a tolerância ao alumínio a partir de um mecanismo de exclusão de alumínio de sítios sensíveis ao metal no ápice radicular, pela exsudação radicular de citrato. O objetivo deste trabalho foi caracterizar os genes SbMATE1 e SbMATE7, homólogos ao gene SbMATE e que, possivelmente, condicionam um mecanismo de tolerância análogo àquele conferido por SbMATE. Os genes candidatos foram selecionados a partir de análise de similaridade de sequência proteica, BLASTp, utilizando-se SbMATE como query, por experimentos de RNA-Seq. Predições estruturais in silico permitiram a identificação de 12 domínios transmembrana e estrutura gênica organizada em 13 éxons e 12 íntrons para ambos genes. O perfil de expressão via qRT-PCR foi avaliado em amostras de RNA total dos ápices radiculares (primeiro centímetro), por 1, 3 e 5 dias, do restante da raiz e das partes aéreas, 5 dias, submetidas a solução nutritiva sem (0 M) e com alumínio (27 M) em linhagens tolerantes, SC566 e SC283, e sensíveis ao Al, BR012 e BR007. SbMATE7 apresenta uma tendência de declínio temporal da expressão nos ápices radiculares da linhagem tolerante SC566. SbMATE7 foi mais expresso em linhagens tolerantes do que em linhagens sensíveis ao alumínio nos ápices radiculares e nas raízes. SbMATE1 é mais expresso em linhagens sensíveis que em linhagens tolerantes e apresenta um perfil de expressão temporal induzida pelo alumínio nas linhagens sensíveis, BR012 e BR007. Análises filogenéticas com base em máxima verossimilhança, demonstram que SbMATE7 ocupa um clado onde ocorrem proteínas exclusivamente relacionadas à tolerância ao alumínio. SbMATE1, ocupa um clado onde ocorrem transportadores MATE relacionados à homeostase de ferro e à tolerância ao alumínio. As linhagens transgênicas de Arabidopsis superexpressando o alelo SbMATE7 derivado da linhagem tolerante SC566 apresentaram uma tendência de aumento na tolerância ao Al em relação ao controle não transformado, ainda que significância estatística não tenha sido detectada. Os valores de inibição do crescimento radicular em solução contendo alumínio, medidos de forma relativa ao controle sem Al, foram de 45,46% para o evento 5 e 11,79% para o evento 9. Estes resultados sugerem que SbMATE7 apresenta um perfil de expressão, estrutura e similaridade filogenética mais próxima a proteínas que desempenham função na tolerância ao Al, o que não é evidenciado para SbMATE1. A confirmação da função do gene SbMATE7 na tolerância ao Al depende da obtenção de linhagens homozigóticas para a redução do erro experimental. Cabe ainda, para completa elucidação funcional de SbMATE1 e SbMATE7, a identificação do compartimento celular em que estas proteínas estão localizadas e a análise das propriedades de transporte dessas proteínas. Estes resultados abrem perspectivas para aumentar a produtividade de sorgo em solos ácidos, expandindo o que já pode ser obtido com o gene SbMATE Agricultural production on acid soils is compromised by aluminum (Al) toxicity, which damages the root system leading to mineral nutrient deficiency and enhanced drought stress. Considering that approximately 50% of the cultivated soils in the world are acidic, developing crops that are more tolerant to aluminum toxicity is important for global food security. SbMATE is an Alactivated citrate transporter that is expressed in the root apices of Al-tolerant sorghum genotypes, which confers sorghum aluminum tolerance via a mechanism based on a citrate exudation. The gene encoding SbMATE is located on sorghum chromosome 3 and controls most of the Al tolerance phenotype in sorghum. SbMATE encodes a membrane citrate transporter, with 12 predicted transmembrane domains. This study was aimed at functionally characterizing two MATE genes, SbMATE1 and SbMATE7. These genes are homologs to SbMATE, are hypothesized to underlie an analogous mechanism of aluminum tolerance based on Al-activated citrate release. Candidate genes were obtained based on RNA-Seq data, and from protein sequence similarity analyses (BLASTp) in sorghum using SbMATE as a query. In silico protein structure modeling allowed the identification of 12 transmembrane domains for the SbMATE1 and SbMATE7 proteins. A gene structure with 13 exons and 12 introns was also conserved between both genes. Expression profiling was performed with total RNA isolated from root apices (first centimeter) subjected to a nutrient solution without (0 M) and with aluminum (27 M) for 1, 3 and 5 days, roots and leaves, for 5 days with two Al-tolerant lines, SC566 and SC283, and two Al-sensitive lines, BR012 and BR007. SbMATE7 expression decreased with time in the genotype SC566, which is the opposite behavior compared to SbMATE. For SbMATE7 a lower expression was observed in aluminum sensitive genotypes when compared to the tolerant ones. SbMATE1 shows a temporal expression induction by aluminum in Al-sensitive genotypes in comparison to tolerant ones. In the roots, the Al-induction is statistically significant for BR012 in the fifth day of stress. Phylogenetic analysis was undertaken, based on the maximum likelihood method, including SbMATE1, SbMATE7 and other MATE proteins described in the literature. SbMATE7 is present in a clade containing proteins associated with aluminum tolerance. SbMATE1 is present in a clade with other MATE proteins associated with iron homeostasis and aluminum tolerance. Arabidopsis transgenic lines superexpressing SbMATE7 from the tolerant genotype SC566 showed a trend for increased Al tolerance compared to the non-transformed control, which was, however not statistically significant. This was measured via inhibition of root growth in a nutrient solution containing aluminum. The values were 45,46% for event 5 and 11,79% for event 9. This suggests a positive effect of SbMATE7 expression over the tolerance to aluminum, which has an expression profile, structure and phylogenetic patterns closer to proteins that confers Al-tolerance. However, an effect for SbMATE7 on Al tolerance needs to be confirmed with homozygous lines, which should reduce the experimental error. Physiological characterization and subcellular localization studies need to be undertaken to help clarify a possible relationship between protein structure and aluminum tolerance conferred by SbMATE1 and SbMATE7. Future findings are expected to open novel perspectives for increasing sorghum yields on acid soils, expanding to what is already provided by SbMATE

Aluminum (Al) toxicity is a limiting factor for crop production in acid soils, which cover approximately 60% of the Brazilian territory. This study aimed to evaluate the effects of Al on growth and tissue Al concentration of two Pfaffia glomerata accessions (BRA and JB/UFSM). Plantlets were grown in a hydroponic system with five Al concentrations (0, 50, 100, 150 and 200mg L-1) for 7 days. Most of the evaluated parameters presented significant interaction between both P. glomerata accessions and Al levels in nutrient solution and, in general, Al treatments negatively affected plant growth, especially roots. Moreover, BRA accession showed higher Al accumulation in its tissues than JB/UFSM and, consequently in BRA accession the growth was impaired substantially. Furthermore, the results suggest that, between P. glomerata accessions studied, BRA is less appropriated for medicinal uses when grown in soils with high Al levels, due to the higher accumulation of tissue Al content.

Aluminum (Al) toxicity in plants is seen in about 15% of the soils worldwide, restraining yields in arable land. In Brazil, acidic soils limit production of wheat (Triticum aestivum L.) and other cereals. Al is toxic for most winter cereals when its concentration increases and soil pH is below 5. One of the main concerns with acidic soil is the increase in the mobility of Al3+ions. Al binds to cell walls in roots, preventing meristematic elongation in sensitive species, causing damage to the root system and results in lower yields. Al3+ forms highly stable complexes with phosphorus (P), limiting its availability to plants, as well as reducing cell division and elongation. To deal with Al toxicity, plants have developed strategies such as organic acid (OA) exudation by roots; this mechanism of detoxification has been well-characterized. OAs, in turn, chelate ions Al3, forming non-toxic compounds that do not penetrate the root system. Some genes responsible for Al tolerance in wheat have been identified, particularly TaALMT1 and TaMATE1B that transport malate and citrate OAs, respectively. In this review, we discussed the mechanisms by which Al damages roots those by which plants are protected, primarily through two genes. We also described the interaction of the ALMT1 gene with P and iron (Fe). RESUMO: A toxicidade do alumínio (Al) às plantas é observada em cerca de 15% dos solos no planeta, sendo um fator restritivo à produtividade em terras cultiváveis. No Brasil, os solos ácidos são limitantes à produção de trigo (Triticum aestivum L.) e outros cereais. O Al é tóxico para a maioria dos cereais de inverno, quando a sua concentração aumenta e o pH do solo atinge valores inferiores a 5. Uma das principais preocupações sobre o solo ácido é o aumento da mobilidade dos íons Al3+. O Al pode se ligar as paredes celulares das raízes e, como consequência, impedir o alongamento meristemático em espécies sensíveis, provocando danos ao sistema radicular, que resulta em menor desempenho agronômico das plantas. O Al3+ é também capaz de formar complexos altamente estáveis com fósforo (P), limitando sua disponibilidade para as plantas, e também reduzindo a divisão e o alongamento celular. Para lidar com a toxicidade ao Al, as plantas desenvolveram algumas estratégias como a exsudação de ácido orgânicos (AOs) pelas raízes, sendo este mecanismo de destoxificação bem caracterizado. Os AOs, por sua vez, quelam ions Al3+ formando compostos não tóxicos que não penetram no sistema radicular. Alguns genes responsáveis pela tolerância ao Al em trigo foram identificados, com ênfase para TaALMT1 e TaMATE1B, que exsudam os AOs malato e citrato, respectivamente. Nesta revisão, discutimos os mecanismos pelos quais Al danifica raízes, bem como plantas protegem-se, através de dois genes principalmente. Também apresentamos a interação do gene ALMT1 com P e ferro (Fe).

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico A estimativa adequada da necessidade de calagem (NC) para um solo tem sido extensamente discutida, resultando em inúmeros métodos de recomendação propostos ao longo dos anos. Diante da diversidade de métodos de recomendação em uso no país e dos relatos constantes na literatura de que o método não estimou suficientemente a NC para o solo, surge a seguinte questão: quais critérios deveriam ser considerados para o desenvolvimento de métodos de recomendação mais eficientes? Além disso, a deficiência de Ca está frequentemente associada à toxidez por Al em solos ácidos e existe muito pouca informação disponível sobre a interação entre Ca e Al nos diferentes componentes do solo ao longo de uma ampla faixa de pH após a aplicação de doses crescentes de calcário. Para tentar responder questões pertinentes como essas, foram conduzidos dois estudos distintos que são apresentados no segundo e terceiro capítulos deste trabalho, além de uma revisão de literatura sobre os componentes da acidez do solo e a evolução dos métodos de recomendação da NC no Brasil, apresentada no primeiro capítulo. O primeiro estudo teve como objetivos reavaliar os métodos tradicionais de recomendação da NC utilizados no Brasil e desenvolver novos métodos para estimar a NC para solos do Estado de Minas Gerais. Vinte e quatro amostras de solos ácidos foram incubadas com calcário dolomítico, cujas doses foram determinadas por sete métodos tradicionais de recomendação. Esses métodos são baseados nos seguintes critérios: acidez trocável, saturação por bases, acidez trocável e teores de Ca e Mg (duas versões propostas para o Estado de Minas Gerais), pH em solução tampão SMP, acidez potencial e teor de matéria orgânica. Além disso, foram incluídos o tratamento controle (sem correção) e duas doses adicionais para melhor constituir o espaço experimental. Os resultados obtidos pelo procedimento de incubação foram utilizados para construir as curvas de neutralização. As equações de regressão calculadas a partir das curvas de neutralização foram usadas para determinar a quantidade de calcário necessária para atingir pH H 2 O 5,8 (NC 5,8 ) ou 6,0 (NC 6,0 ). Funções relacionando a NC determinada por incubação (NC 5,8 e NC 6,0 ) com ΔpH (pH H 2 O desejado - pH H 2 O inicial) multiplicado pelo teor de matéria orgânica ou pelo teor de acidez potencial de 17 solos consistiram nos novos métodos de recomendação da NC desenvolvidos neste estudo. Os resultados deste estudo revelaram que o método da acidez trocável subestima a NC e os demais métodos tradicionais de recomendação superestimam a NC, conforme determinada pelo método de incubação padrão para atingir pH 5,8 ou 6,0. A NC estimada pelos novos métodos de recomendação coincidiu com a NC determinada por incubação para atingir pH 5,8 ou 6,0, assim como a NC estimada pelo método SMP coincidiu com a NC determinada por incubação para atingir pH 6,0. Os novos métodos são melhores que os métodos tradicionais de recomendação, exceto o método SMP, pois estimam com exatidão a quantidade de calcário necessária para atingir o valor de pH desejado. A NC estimada pelos novos métodos de recomendação pode ser selecionada por meio de um algoritmo, que busca a mínima NC para atender as exigências nutricionais da planta (Ca + Mg) sem exceder o teor de acidez potencial, o que poderia aumentar excessivamente o pH do solo. O segundo estudo teve como objetivos determinar as mudanças na especiação de Ca em solos ácidos corrigidos com doses crescentes de calcário utilizando espectroscopia de absorção de raios-X próximo à estrutura da borda (XANES); verificar se a desidratação por aquecimento a 120 °C provoca mudanças no ambiente de ligação molecular do Ca em diferentes componentes da matriz do solo e determinar as espécies dominantes de Ca em valores de pH adequado para a maioria das culturas no Brasil. Três amostras de solos ácidos foram incubadas com doses crescentes de calcário para atingir níveis de pH entre o pH natural do solo e pH > 8 (calagem em excesso). Padrões de Ca para as análises dos dados de XANES incluíram: CaCO 3 puro (calcita), sulfato de cálcio, apatita (fosfato de cálcio), cloreto de cálcio, formas orgânicas de Ca (Ca-celulose e Ca-oxalato), Ca adsorvido à matéria orgânica natural do solo (Ca-ácido húmico e Ca-turfa) e Ca adsorvido em fases minerais (Ca-montmorilonita, Ca-caulinita, Ca-goethita, Ca-baierita e Ca- hidróxido de Al não cristalino). Os resultados deste estudo revelaram que as formas orgânicas de Ca, Ca adsorvido aos óxidos de alumínio e Ca adsorvido à matéria orgânica natural são asespécies de Ca dominates ao longo de toda a faixa de pH dos solos (4,4 a 8,2). A maior parte do Ca adicionado pela calagem é adsorvida principalmente aos óxidos de alumínio e à matéria orgânica natural do solo. Nenhuma mudança clara na especiação de Ca com o aumento do pH foi revelada pelas análises de ajuste de combinação linear, mas calcita não dissolvida proveniente de doses excessivas de calcário foi a espécie dominante em pH > 8. O aquecimento a 120 °C alterou a configuração de ligação do Ca na montmorilonita, mas não provocou mudança espectral aparente nas outras espécies de Ca. Em valores de pH adequado para a maioria das culturas no Brasil (5,8 ou 6,0), as formas orgânicas de Ca e Ca adsorvido à matéria orgânica natural, seguido de Ca adsorvido aos óxidos de alumínio são as espécies de Ca dominantes. The suitable evaluation of lime requirement (LR) for a given soil has been discussed extensively, resulting in numerous LR methods that have been suggested over the years. Given the diversity of LR methods that are currently in use in Brazil along with many literature reports revealing that the method failed to determine the LR needed on the soil, the following question arises: which criteria should be considered when developing more efficient LR methods? Furthermore, Ca deficiency is often associated with Al toxicity in acid soils and there is very little information available regarding how Ca and Al interact on different soil components across a wide pH range following progressive liming. In an attempt to address these very pertinent questions, two distinct studies were conducted, which are presented in the second and third chapters of this work, as well as a literature review on the soil acidity components and evolution of LR methods in Brazil, presented in the first chapter. The first study aimed to re-evaluate traditional LR methods used in Brazil and develop new methods to predict LR in soils from Minas Gerais State. Twenty four acid soil samples were incubated with amounts of dolomitic limestone (with 92 % relative total neutralizing power) as determined by seven traditional LR methods. These methods are based on the following criteria: exchangeable acidity, base saturation, exchangeable acidity and Ca and Mg levels (two versions to the Minas Gerais State), SMP buffer pH, potential acidity and organic matter content. In addition, a control treatment (no amendments added) and two additional lime rates were included to better form the experimental space. Results obtained from the incubation procedure were used to construct neutralization curves. The regression equations that were calculated from these neutralization curves were used to determine the amount of lime needed to achieve pH w 5.8 (LR 5.8 ) or 6.0 (LR 6.0 ). Functions relating the incubation LRs (LR 5.8 and LR 6.0 ) with ΔpH (target pH w - initial pH w ) multiplied by either organic matter content or potential acidity of 17 soils consisted in the new LR methods developed in this study. Results from this study revealed that the exchangeable acidity method underestimates the LR and the other traditional LR methods overestimate the LR, as determined by the standard incubation method to achieve pH 5.8 or 6.0. LR predicted by the new methods was coincident to the incubation LR to achieve pH 5.8 or 6.0, as well as the LR predicted by the SMP method was coincident to the incubation LR to achieve pH 6.0. The new methods were found to be better than the traditional LR methods, except the SMP method, as they accurately predict the amount of lime needed to achieve the desired target pH. The LR predicted by the new methods can be selected by using an algorithm, which seeks the minimum LR to meet the plant nutrient requirements (Ca + Mg) and avoid exceeding in amount the potential acidity, what could excessively increase the soil pH. The second study aimed to determine changes in Ca speciation on limed acid soils with increasing lime rates by using X-ray absorption near edge structure (XANES) spectroscopy; verify whether the dehydration by heating at 120 ° C can potentially change the molecular binding environment of Ca on different soil matrix components and determine the dominant Ca species at pH values considered suitable for most crops in Brazil. Three acidic soil samples were incubated with increasing lime rates to achieve pH levels between the native soil pH to pH > 8 (excess liming). Ca standards for the XANES data analysis included: pure CaCO 3 (calcite), calcium sulphate, apatite (calcium phosphate), calcium chloride, organic forms of Ca (Ca-cellulose and Ca-oxalate), Ca sorbed on soil natural organic matter (Ca- humic acid and Ca-peat) and Ca sorbed on mineral phases (Ca-montmorillonite, Ca- kaolinite, Ca-goethite, Ca-bayerite and Ca-non-crystalline Al-hydroxide). Results from this study revealed that organic forms of Ca, Ca sorbed on aluminum oxides and Ca sorbed on natural organic matter are the dominant Ca species across the entire pH range (4.4 to 8.2). Most Ca added by liming is mainly sorbed on aluminum oxides and soil natural organic matter. No clear change in Ca speciation with increasing pH was revealed by the linear combination fitting analysis, but undissolved calcite from excessive liming was the dominant Ca species at pH > 8. Heating to 120 °C changed the binding configuration of Ca in montmorillonite, but no apparent spectral change was found in the other Ca species. At pH values suitable for most crops in Brazil (5.8 or 6.0), organic forms of Ca and Ca sorbed on natural organic matter, followed by Ca sorbed on aluminum oxides are the dominant Ca species.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O alumínio (Al) é o elemento metálico mais abundante da crosta terrestre. Sua toxidez depende não somente da concentração total de Al no solo, mas também da forma química, a qual é altamente dependente do pH do solo. Em solos ácidos (com pH menor que 5,5), o Al é solubilizado e formas tóxicas como Al 3+ (Al trocével) são liberadas na rizosfera, interferindo no crescimento e funcionamento das raízes e limitando a produtividade das culturas. Apesar disso, a vegetação natural que cresce em solos ácidos, como os do Cerrado, tem desenvolvido estratégias para lidar com altas concentrações de Al 3+ , mas, infelizmente, pesquisas focando seus mecanismos de resistência ainda são escassas. Neste estudo nós testamos a hipótese de que as estratégias de resistência ao Al são características constitutivas e não dependem da concentração do metal nos solos. Para isso, foram determinados a concentração e os sítios de deposição de Al na parte aérea de plantas de Eugenia dysenterica, Qualea parviflora e Q. multiflora, espécies nativas do Cerrado crescendo naturalmente em solos ácidos com fertilidade e toxidez de metais variável. As adaptações nutricionais e metabólicas destas plantas tamém foram analizadas. As concentrações de Al e nutrientes nas amostras de solo foram determinadas por microfluorescência de raios-x por energia dispersiva (μFRXED), enquanto que nas amostras vegetais elas foram avaliadas por espectrometria de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado e μFRXED. O mapeamento do Al nas amostras vegetais foi realizado por teste histoquímico, sonda de raios-x acoplada à microscopia eletrônica de varredura e μFRXED. As adaptações metabólicas foram avaliadas por análises espectrofotométricas e de cromatografia gasosa com espectrometria de massas. E. dysenterica cerca de 0,5 g Al kg -1 MS na parte aérea. Em contraste, a concentração do metal na parte aérea de Q. parviflora e Q. multiflora foi maior que 15,0 e 20,0 g Al kg -1 MS, respectivamente, em todos os sítios de coleta. Q. parviflora foi capaz de hiperacumular Al mesmo em solo com concentração negligenciável de Al +3 . As paredes pectocelulósicas foram os principais sítios de depósito de Al, mas ele também foi localizado em paredes celulares suberificadas e cloroplastos. A concentração de Al nas espécies apresentou diferentes correlações com os atributos químicos dos solos. Em Q. parviflora e E. dysenterica, ela foi positivamente correlacionada com solos mesotróficos, e em Q. multiflora com solos distróficos. Em geral, os níveis de nutrientes em E. dysenterica foram menores e mais influenciados pela concentração de Al total no solo, contudo, não foi observada deficiência nutricional. Os níveis de K, P e S em Q. multiflora foram aumentados em plantas com maior acúmulo de Al. As análises metabólicas demonstraram que os níveis de clorofila, nitrato, aminoácidos totais, proteínas insolúveis, fenóis e substâncias reativas com ácido tiobarbitúrico foram maiores em folhas de E. dysenterica. Em contraste, Q. parviflora teve maior concentração de tióis não proteicos e foi mais eficiente em evitar a peroxidação lipídica. A síntese de osmólitos compatíveis e de desidroascorbato foi aumentada em ambas as espécies em solos com alta toxidez de metais. Q. parviflora também apresentou níveis aumentados de malato e succinato. A análise conjunta dos resultados confirma a hipótese de que a natureza não acumuladora de E. dysenterica e a hiperacumuladora de Al das espécies de Qualea não depende da concentração de Al nos solos e suporta a teoria de que espécies adaptadas a solos ácidos têm mecanismos que as permitem lidar com a toxidez do Al e evitar a deficiência nutricional induzida por este metal. Q. parviflora, em especial, parece ter mecanismos que alteram a disponibilidade de Al no solo, o que permite que ela hiperacumule o metal mesmo em solo com concentração negligenciável de Al +3 . Os resultados acerca das adaptações metabólicas reforçam a hipótese de que fenóis, tióis e ácidos orgânicos estão envolvidos na destoxificação de Al e espécies reativas de oxigênio (EROs) em espécies hiperacumuladoras de Al. Por sua vez, as adaptações metabólicas envolvidas na eliminação de EROs em E. dysenterica, tais como produção de fenóis e desidroascorbate, não foram suficientes para controlar o estresse oxidativo em solos com alta toxidez de metais. Aluminum (Al) is the most abundant metallic element in the Earth crust. Its toxicity not only depends on the total Al concentration in the soil, but also on the Al chemical form, which is highly dependent on soil pH. In acid soils (i.e., having pH lower than 5.5), Al is solubilized and toxic forms like Al 3+ (exchangeable Al) are then released into the rhizosphere, interfering with root growth and functions and limiting crop productivity. Despite that, natural vegetation that grows on acid soils, such as the ones from the Cerrado, has developed strategies to cope with high Al 3+ concentrations, but unfortunately, research focusing on the Al resistance mechanisms of plant species therein are still scarce. In this study, we tested the hypothesis that Al resistance strategies are constitutive features and do not depend on the concentration of the metal in soils. For that, we determined the shoot Al concentration and Al deposition sites in plants of Eugenia dysenterica, Qualea parviflora, and Q. multiflora, all native Cerrado species naturally growing on acid soils with varying fertilities and metal toxicities. Nutritional and metabolic adaptations of the plants were also analyzed. Aluminum and nutrient concentrations in soil samples were determined by energy dispersive X-ray microfluorescence (μEDXRF), while in plant samples they were evaluated by both inductively coupled plasma atomic emission spectrometry and μEDXRF. Al mapping in plant samples was performed by histochemical test, X-ray probe coupled to scanning electron microscopy, and μEDXRF. Metabolic adaptations were assessed by spectrophotometric analyses and gas chromatography–mass spectrometry. E. dysenterica accumulated about 0.5 g Al kg -1 DW in the shoot. In contrast, concentrations of the metal in shoots of Q. parviflora and Q. multiflora were up to 15.0 and 20.0 g Al kg -1 DW, respectively, at all collection sites. Q. parviflora was able to hyperaccumulate Al even on a soil with negligible Al +3 concentration. Pectocellulosic cell walls were the preferential sites for Al deposition, but the metal was also localized in suberized cell walls and in chloroplasts. Al concentration in the species showed different correlations with soil chemical attributes. In Q. parviflora and E.dysenterica, it was positively correlated with mesotrophic soils while in Q. multiflora it was positively correlated with dystrophic ones. In general, nutrient levels in E. dysenterica were lower and more influenced by concentration of total Al in the soil, yet no nutritional deficiency was observed. The levels of K, P, and S in Q. multiflora were increased in plants with highest Al accumulation. Metabolite analyses demonstrated that the levels of chlorophyll, nitrate, total amino acids, insoluble proteins, phenols, and thiobarbituric acid-reactive substances were higher in leaves of E. dysenterica. In contrast, Q. parviflora had higher non-protein thiol concentration and was more efficient in avoiding lipid peroxidation. The synthesis of compatible osmolytes and dehydroascorbate was up-regulated in both species on soils with high metal toxicity. Q. parviflora also showed increased levels of malate and succinate. Altogether, these findings confirm the hypothesis that neither the non-accumulator nature of E. dysenterica nor the Al-hyperaccumulator nature of both Qualea species depends on Al concentration in soils, and support the theory that species adapted to acid soils have mechanisms to cope with Al toxicity and avoid Al-induced nutritional deficiency. Q. parviflora, in especial, seems to have mechanisms for altering Al availability in the soil, which enables the species to hyperaccumulate Al even on a soil with negligible Al +3 concentration. The results on metabolic adaptations reinforce the hypothesis that phenols, thiols, and organic acids are all involved in the detoxification of Al and reactive oxygen species (ROS) in Al-hyperaccumulator species. On the other hand, the metabolic adaptations involved in ROS scavenging in E. dysenterica, such as phenol and dehydroascorbate production, were not sufficient to control oxidative stress in plants growing on soils with high metal toxicity.

In Paraná, most of the sludge generated in sewage treatment plants is subjected to the prolonged alkaline stabilization process. Although it is known that the alkaline sewage sludge contains micronutrients such as Zn, Cu and Mn, little is known about the availability of these elements in soils treated with this type of sewage sludge. Thus, the objective of the study was to evaluate the influence of alkaline sewage sludge from Paraná on Zn, Cu and Mn availability in soils. Twenty sewage treatment plants were selected throughout Paraná, where alkaline sewage sludge and the most representative agricultural soil of the each region were collected. Each soil was incubated for 60 days with alkaline sewage sludge rates (0, 10, 20, 40, and 80 Mg ha-1) from their region. Subsequently, Zn, Cu and Mn availability was determined using the Mehlich-1 extractant. The alkaline sewage sludge increased Zn availability and decreased Mn availability in most soils. Cu showed intermediate results, with increased availability, primarily in medium texture soils and decrease in most of the clayey soils. In soils with pH close to ideal for the plant growth, the alkaline sewage sludge rate should be carefully calculated so that there is no excessive increase in the pH and Zn, Cu and Mn imbalance. RESUMO No Paraná, a maioria do lodo de esgoto gerado em estações de tratamento é submetida ao processo de estabilização alcalina prolongada. Embora seja conhecido que o lodo de esgoto alcalinizado contém micronutrientes como Zn, Cu e Mn, pouco se conhece sobre a disponibilidade desses elementos em solos tratados com esse tipo de lodo de esgoto. Assim, o objetivo do estudo foi avaliar a influência de lodos de esgoto alcalinizados do estado do Paraná sobre a disponibilidade de Zn, Cu e Mn no solo. Foram selecionadas vinte estações de tratamento de esgoto ao longo do Paraná, onde foram coletadas amostras de lodo de esgoto alcalinizado e amostras do solo agrícola mais representativo da região. Cada solo foi incubado por 60 dias com doses de lodo de esgoto (0, 10, 20, 40, e 80 Mg ha-1) da sua região. Posteriormente, foi determinada a disponibilidade de Zn, Cu e Mn no solo usando o extrator Mehlich-1. A aplicação de lodo de esgoto alcalinizado ao solo aumentou a disponibilidade de Zn e diminuiu a disponibilidade de Mn na maioria dos solos. Já o Cu apresentou resultados intermediários, com aumento de disponibilidade basicamente em solos de textura média e com diminuição para a maioria dos solos muito argilosos. Em solos com pH próximo ao ideal para o cultivo agrícola, a dose de lodo de esgoto alcalinizado deve ser cuidadosamente calculada para que não ocorra o aumento excessivo do pH e desbalanço nos teores de Zn, Cu e Mn.

Em solos ácidos de ambiente mais tropical com esmectitas, assim como em solos altamente tamponados de ambiente subtropical, contendo esmectita com hidroxi-Al entrecamadas (EHE) e, ou, vermiculita com hidroxi-Al entrecamadas (VHE), os teores de Al-KCl podem ser excepcionalmente altos; entretanto, em alguns casos não se manifestam efeitos fitotóxicos do elemento nas culturas. O Al "trocável" é tradicionalmente quantificado no extrato da solução de KCl 1 mol L-1 (Al-KCl), mas nem sempre esse elemento provém unicamente de formas trocáveis. Este trabalho objetivou investigar relações entre o Al extraído com solução de KCl e de oxalato de amônio com a mineralogia da fração argila. A quantificação do Al nos extratos de KCl e oxalato de amônio foi feita, respectivamente, por titulação com NaOH 0,02 mol L-1 padronizado e por espectrofotometria de absorção atômica. Foram utilizadas amostras de dois horizontes (A e B) de 12 perfis de solo de cinco estados brasileiros (AC, PE, BA, RS e SC), com diferentes características mineralógicas, todos com teores de Al-KCl superior a 4 cmol c kg-1 no horizonte B. Dois perfis de SC (Rancho Queimado e Curitibanos), com níveis mais baixos de Al-KCl, foram incluídos para comparação. Os altos teores de Al-KCl evidenciaram-se relacionados com a mineralogia dos solos estudados. Nos solos ácidos com mais esmectitas, drenagem moderada ou imperfeita e oscilação do lençol freático houve evidências morfológicas, confirmadas pelas análises mineralógicas, de que no clima atual ocorre um processo de destruição de argilas, liberando Al que precipita como compostos amorfos. A alta concentração salina da solução de KCl dissolve parcialmente tais compostos, superestimando as formas trocáveis desse elemento, principalmente nos horizontes subsuperficiais. Nos solos ácidos do ambiente subtropical, os teores de Al-KCl também foram altos, embora com valores mais baixos do que nos com predomínio de esmectitas. Parte do Al-KCl nesses solos parece provir da dissolução de compostos orgânicos e de Al presente em entrecamadas de argilominerais 2:1. Os resultados demonstraram que o KCl 1 mol L-1 não foi adequado para estimar o Al "trocável" na maioria dos solos estudados. In acid soils of a more tropical environment containing smectites, as well as in highly buffered subtropical soils containing Al hydroxide interlayered smectite (HIS) or vermiculite (HIV), the values of exchangeable Al, extracted by KCl solution (Al-KCl), may be exceptionally high, but not always toxic to the crops. This "exchangeable" Al does not come solely from electrostatic sites. This study aimed to evaluate the relationship between the Al extracted from the soil by KCl and ammonium oxalate solutions, and clay mineralogy. Soil samples collected in both the A and B horizons of 12 profiles coming from five Brazilian states were used, showing different soil mineralogical characteristics, with Al-KCl always higher than 4.0 cmol c kg-1 in the B horizon. Additional samples from two highly weathered soils of the State of Santa Catarina (one Hapludult from Rancho Queimado and one Hapludox from Curitibanos) containing lower values of Al-KCl were also included. Al in the KCl and ammonium oxalate extracts was determined titrimetrically (with NaOH 0.02 mol L-1) and by atomic absorption spectroscopy, respectively. Al extracted by KCl was closely related to the soil clay mineralogy. In the acid soils containing higher quantities of smectites, deficient drainage, and oscillation of the groundwater level, mineralogical analysis showed morphological evidence of clay destruction with subsequent release of Al that precipitates in amorphous forms. The high electrolytic concentration of the KCl solution partially dissolves such Al compounds, overestimating the values of exchangeable Al, especially in the subsurface horizons. In the more weathered acid soils of the subtropical environment, the values of Al-KCl were also high, but lower than those found in soils with smectites as the main clay mineral. Part of the Al-KCl in these soils seems to come from the dissolution of organic compounds and also from Al located in the interlayer of 2:1 clay minerals. Thus, Al extracted by KCl 1 mol L-1 did not adequately estimate exchangeable Al in most of the soils studied.

Orientador: Prof. Dr. Antônio Carlos Vargas Motta Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa: Curitiba, 10/03/2017 Inclui referências: f. 79-91 Resumo: A infusão feita a partir das folhas processadas de erva-mate (Ilex paraguariensis St.,Hil.,) consiste em bebida não alcoólica tradicionalmente consumida na América do Sul. Outros usos para as folhas de erva-mate são produtos nas indústrias de alimentos, bebidas, cosméticos, fármacos e produtos de limpeza. São incipientes as pesquisas com fertilidade do solo e variação genotípica que estudem uma ampla gama de elementos químicos na erva-mate. Nesse sentido, o objetivo do estudo foi determinar a contribuição de variáveis de solo, fertilização e genótipos para a composição elementar de erva-mate. Foram idealizados três estudos com este propósito: 1) em casa de vegetação, para estudar efeito do solo, adubação com P e clone de erva-mate; 2) a nível de campo, para estudar efeito do clone e adubação com P; 3) avaliando a composição e distribuição espacial de nutrientes e outros elementos no tecido foliar em erval nativo. Em casa-de-vegetação foram cultivadas mudas de dois clones de erva-mate, cada clone em delineamento inteiramente casualizado em esquema fatorial 2 x 4 (P - sem e com versus quatro solos ácidos). Foi determinado o crescimento de plantas e a os teores totais (C e N via analisador elementar; P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, B, Mo, Co, As, Cd, Pb, Ba, Cr e V via espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado ICP-OES) nas folhas e usando microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva (C, O, Ca, Mg, K, P, Mn, Al, Si, Na). Em condição de campo, em dois municípios (Itaiópolis e Três Barras) em Santa Catarina, Brasil, foram realizados experimentos envolvendo adubação fosfatada (cinco doses de P) e clones de erva-mate (dois clones). Foi determinada a composição elementar de folhas (Al, B, Ba, Ca, Cd, Cs, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Ni, Pb, Rb, S, Se, Sr, Ti, V e Zn via espectrometria de massa por plasma acoplado indutivamente ICP-MS). Em folhas coletadas em erval nativo no município de Cruz Machado (Paraná, Brasil), foram analisadas utilizando microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva (MEV-EDS) e espectroscopia de fluorescência de raios X (XRF) para a realização de microanálises; além disso, os teores totais de elementos (K via espectrometria de emissão por chama; Ca, Mg, P, S, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, B, Si, Al, Ba, Pb e Cd usando ICP-OES). Na condição de casa-de-vegetação a adubação fosfatada mostrou grande efeito positivo sobre o crescimento da erva-mate, embora o incremento no crescimento diminui em solo com maior disponibilidade inicial de P ou com alguma limitação nutricional. A adubação fosfatada altera os teores de elementos nutrientes e elementos potencialmente tóxicos das folhas de erva-mate, o que é dependente do tipo de solo e clone, sendo que o tipo de solo e o clone também afetam isoladamente alguns elementos. Porém, resultados contrastantes entre o estudo em casa-de-vegetação e no campo, como, por exemplo, para os teores de Pb, que apresenta aumento ou decréscimo com a adubação fosfatada, impossibilita que generalizações sejam feitas. O fator solo teve grande contribuição para a acumulação de Mn acima de 1000 mg kg-1 nas folhas, que é dependente da elevada acidez do solo e, da disponibilidade desse elemento no solo, associada com teores de Mn-disponível, Mn-baixa cristalinidade e Mn-cristalino. A variação genotípica indica potencial de uso para fins de segurança alimentar, embora para o Se, seria necessário suplementação via fertilizantes ou fortificação dos produtos a base de erva-mate. Com base nas avaliações de microanálise, pode-se dizer que ocorre acúmulo de Si e O, entre a parede celular e a cutícula na face externa da epiderme superior das folhas e, a formação de precipitados com Ca, O e C, sobretudo na nervura central. Também podem ocorrer precipitados com Al, Si e O em estômatos da folha e acumulação de Mn, Ba, Ca e P na estrutura de um possível líquen encontrado na superfície da epiderme superior da folha. O presente estudo contribui para incrementar o conhecimento acerca da composição elementar da erva-mate, sobretudo pela análise em solos, adubação, condições ambientais, tecidos vegetais e materiais genéticos contrastantes, com destaque para elementos pouco conhecidos nessa espécie, como Ba, Cd, Cr, Cs, Mo, Ni, Pb, Rb, Se, Sr, Ti e V. Ao utilizar técnicas de microanálise, demonstrou-se que vários enfoques podem ser dados no estudo da composição elementar nas folhas de erva-mate. Com isso, tem-se a possibilidade de ampliar o debate acerca dos teores de nutrientes e elementos indesejáveis na erva-mate. Palavras-chave: Solos ácidos. Adubação fosfatada. Variação genotípica. Elementos-traço. Microscopia eletrônica. Abstract: Yerba mate (Ilex paraguariensis St., Hil.) is a plant known for its health benefits. The infusion prepared from the processed leaves of this plant is a non-alcoholic beverage traditionally consumed in South America. Other uses for yerba mate leaves are in the form of food products, other beverages, cosmetics, pharmaceuticals, and cleaning products. Research on soil fertility and genotypic variation that focuses on a wide range of chemical elements in yerba mate is incipient. Thus, the aim of this study was to determine the contribution of soil variables, fertilization, and genotypes to the elemental composition of yerba mate. Three experiments were designed for this study: 1) in a greenhouse, the effect of soil, fertilization with P and, clone of yerba mate was evaluated; 2) at the field sites, to study the effect of the clone and fertilization with P; and 3) evaluation of the composition and spatial distribution of nutrients and other elements in leaf tissues under wild-grown plants. In the greenhouse experiments, two clones of yerba mate were cultivated, each in a completely randomized design in a 2 × 4 factorial scheme (without and with P versus four acid soils). We measured plant growth and total elemental content: C and N via elemental analyzer; P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, B, Mo, Co, As, Cd, Pb, Ba, Cr, and V via inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), and C, O, Ca, Mg, K, P, Mn, Al, Si, and Na using scanning electron microscopy with dispersive energy spectroscopy (SEM-EDS). Under field conditions, experiments involving phosphate fertilization (five P rates) and two yerba mate clones were carried out in two municipalities (Itaiópolis and Três Barras) in Santa Catarina, Brazil. The elemental composition of leaves (Al, B, Ba, Ca, Cd, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Ni, Pb, Rb, S, Se, Sr, Ti, V, and Zn) was determined by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Leaves collected from wild-grown plants in the city of Cruz Machado (Paraná, Brazil) were analyzed using SEM-EDS and X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) was used to perform microanalysis. In addition, the total elemental content was determined using flame emission spectrometry (for K) and ICP-OES (for Ca, Mg, P, S, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, B, Si, Al, Ba, Pb, and Cd). Under greenhouse conditions, phosphate fertilization had a large positive effect on yerba mate growth, although growth increment decreased in soil with higher initial availability of P or with some nutritional limitation. Phosphate fertilization led to changes in the nutrient content and potentially toxic elements of yerba mate leaves, which were dependent on the soil and clone type. Soil type and clone also affected some elements in isolation. However, contrasting results between greenhouse and field experiments-such as those for Pb contents, which increased or decreased with phosphate fertilization-renders it impossible to draw conclusions. Soil type contributed greatly to the accumulation of Mn (above 1000 mg kg-1) in the leaves; this was dependent on the high acidity of the soil and availability of Mn in the soil (associated with Mn-available, Mn-low crystallinity and Mn-crystalline forms). Genotypic variation indicated potential use for food safety purposes, although for Se, supplementation via fertilizers or fortification of yerba mate products would be necessary. Based on microanalysis evaluations, accumulation of Si and O occurs between the cell wall and the cuticle on the external surface of the upper epidermis of the leaves. Additionally, formation of Ca, O, and C precipitates occurs in the central vein. Aluminum, Si, and O precipitates may also occur in the leaf stomata, while accumulation of Mn, Ba, Ca, and P occurs in the structure of a possible lichen found on the surface of the upper epidermis of the leaf. The present study contributes to an increased knowledge about the elemental composition of yerba mate, mainly by the analysis of soil, fertilization, environmental conditions, plant tissues, and contrasting genetic material, especially for elements not well known in this species, such as Ba, Cd, Cr, Cs, Mo, Ni, Pb, Rb, Se, Sr, Ti, and V). By using several microanalysis techniques, we showed that various approaches can be used in the study of the elemental composition of yerba mate leaves. This research may help to broaden the debate about the contents of nutrients and undesirable elements in yerba mate. Keywords: Acid soils. Phosphate fertilization. Genotype variation. Trace elements. Electron microscopy