Soil quality response to land-use change for sugarcane expansion in Brazil

Globally, increasing demands for biofuels have intensified the rate of land-use change (LUC) for expansion of bioenergy crops. In Brazil, the world\'s largest sugarcane-ethanol producer, sugarcane area has expanded by 35% (3.2 Mha) in the last decade. Sugarcane expansion has resulted in extensive pastures being subjected to intensive mechanization and large inputs of agrochemicals, which have direct implications on soil quality (SQ). We hypothesized that LUC to support sugarcane expansion leads to overall SQ degradation. To test this hypothesis we conducted a field-study at three sites in the central-southern region, to assess the SQ response to the primary LUC sequence (i.e., native vegetation to pasture to sugarcane) associated to sugarcane expansion in Brazil. At each land use site undisturbed and disturbed soil samples were collected from the 0-10, 10-20 and 20-30 cm depths. Soil chemical and physical attributes were measured through on-farm and laboratory analyses. A dataset of soil biological attributes was also included in this study. Initially, the LUC effects on each individual soil indicator were quantified. Afterward, the LUC effects on overall SQ were assessed using the Soil Management Assessment Framework (SMAF). Furthermore, six SQ indexes (SQI) were developed using approaches with increasing complexity. Our results showed that long-term conversion from native vegetation to extensive pasture led to soil acidification, significant depletion of soil organic carbon (SOC) and macronutrients [especially phosphorus (P)] and severe soil compaction, which creates an unbalanced ratio between water- and air-filled pore space within the soil and increases mechanical resistance to root growth. Conversion from pasture to sugarcane improved soil chemical quality by correcting for acidity and increasing macronutrient levels. Despite those improvements, most of the P added by fertilizer accumulated in less plant-available P forms, confirming the key role of organic P has in providing available P to plants in Brazilian soils. Long-term sugarcane production subsequently led to further SOC depletions. Sugarcane production had slight negative impacts on soil physical attributes compared to pasture land. Although tillage performed for sugarcane planting and replanting alleviates soil compaction, our data suggested that the effects are short-term with persistent, reoccurring soil consolidation that increases erosion risk over time. These soil physical changes, induced by LUC, were detected by quantitative soil physical properties as well as by visual evaluation of soil structure (VESS), an on-farm and user-friendly method for evaluating SQ. The SMAF efficiently detected overall SQ response to LUC and it could be reliably used under Brazilian soil conditions. Furthermore, since all of the SQI values developed in this study were able to rank SQ among land uses. We recommend that simpler and more cost-effective SQI strategies using a small number of carefully chosen soil indicators, such as: pH, P, K, VESS and SOC, and proportional weighting within of each soil sectors (chemical, physical and biological) be used as a protocol for SQ assessments in Brazilian sugarcane areas. The SMAF and SQI scores suggested that long-term conversion from native vegetation to extensive pasture depleted overall SQ, driven by decreases in chemical, physical and biological indicators. In contrast, conversion from pasture to sugarcane had no negative impacts on overall SQ, mainly because chemical improvements offset negative impacts on biological and physical indicators. Therefore, our findings can be used as scientific base by farmers, extension agents and public policy makers to adopt and develop management strategies that sustain and/or improving SQ and the sustainability of sugarcane production in Brazil.

Limnologia e grau de trofia dos reservatórios em cascata do rio Tietê (médio e baixo Tietê, São Paulo)

As represas construídas em cascata no rio Tietê (Barra Bonita, Bariri, Ibitinga, Promissão, Nova Avanhandava e Três Irmãos) constituem em sistemas artificiais com grande importância ecológica, econômica e social. Com base nos dados físico-químicos e biológicos das seis represas, foram avaliadas as condições limnológicas, abundância da comunidade fitoplanctônica e zooplanctônica e o estado de trofia dos reservatórios através da aplicação do índice do estado trófico, desenvolvido por Carlson (1977). A utilização da concentração de fósforo para determinação do índice é o que deu melhor resultado, mostrando uma redução gradual de sua concentração nas represas seqüenciais, principalmente no período do verão. Os reservatórios que se mostraram eutróficos como o de Barra Bonita, Bariri e Ibitinga apresentaram uma maior abundância e freqüência de florescimento das algas pertencentes a classe Cyanophyceae principalmente das espécies Microcystis aeruginosa. Algumas espécies de Rotifera, como Asplanchna sieboldi, Brachionus caliciflorus e Kellicottia bostoniensis, e de Copepoda Calanoida Notodiaptomus iheringi, também serviram de indicativos do estado trófico dos sistemas, já que esses estão associados a ambientes eutróficos.

Análise da influência de variáveis meteorológicas e da hidrodinâmica sobre os padrões espaciais e temporais da qualidade da água e de florescimentos de cianobactérias e macrófitas em um reservatório urbano

Os reservatórios urbanos estão suscetíveis a uma variedade de interferências antropogênicas que acarretam grande variabilidade espacial e temporal. Contudo, possuem uma dinâmica própria na qual o hidroclima e micro e macro-eventos meteorológicos atuam sobre os processos físicos, químicos e biológicos resultando em respostas particulares de cada corpo de água. No presente estudo a existência de padrões espaciais e temporais na formação de florescimentos de algas, cianobactérias e macrófitas no reservatório Guarapiranga, São Paulo, SP, foi avaliada por meio de experimento de curta escala de tempo durante o evento da entrada de uma frente fria. Foram amostrados 64 pontos em todo o reservatório, e o estudo intensivo de florescimento algal e de cianobactérias em dois ciclos nictemerais, em um ponto selecionado no reservatório. Um modelo tridimensional de hidrodinâmica foi aplicado ao estudo compartimentalizado dos tempos de residência e imagens de satélite foram analisadas para determinação de padrões temporais e espaciais durante períodos de tempo mais amplos. Os resultados revelaram que os períodos mais favoráveis ao surgimento de florescimentos de cianobactérias são geralmente os meses mais quentes, de dezembro e janeiro, ou aqueles em que ocorrem estratificações mais fortes como no fim do inverno, em julho, e após as primeiras chuvas nos meses de setembro e outubro. Existem padrões espaciais recorrentes na formação dos florescimentos, controlados em grande parte pela ação do vento, que no reservatório Guarapiranga é predominantemente nas direções leste e sudeste empurrando os florescimentos na direção da foz dos tributários Embu Mirim e Embu Guaçu e ocasionalmente na direção da foz do rio Parelheiros. As simulações hidrodinâmicas evidenciam as forçantes que determinam os padrões observados e reforçam a importância de se discretizarem os tempos de residência de diferentes compartimentos do reservatório. As séries temporais amplas permitiram a determinação da qualidade da água em cada região e fornecem subsídios para o futuro manejo do reservatório. Como esse comportamento não se restringe ao reservatório Guarapiranga, o tipo de modelagem aqui utilizada pode ser útil para obter informações importantes no processo de planejamento e seleção de medidas para o gerenciamento de reservatórios urbanos tropicais polimíticos, em geral.

Limnologia, balneabilidade e impactos ambientais: uma análise temporal e espacial na represa do Lobo (Broa), Itirapina/Brotas - SP

Considerando a importância da represa do Lobo, os indícios de eutrofização encontrados na área e tendo a recreação como seu principal uso, buscou-se, neste trabalho, avaliar a qualidade da água nos rios tributários e na represa, e sua adequação a balneabilidade. Para os afluentes do sistema, estimando-se, ainda, a contribuição dos mesmos ao aporte de materiais à represa, foram amostrados o córrego do Geraldo, a confluência dos córregos Água Branca e Limoeiro, o rio Itaqueri (antes da mineradora), o ribeirão do Lobo, o córrego das Perdizes, avaliando-se parâmetros físicos, químicos e biológicos da água e a vazão dos rios, em dois períodos (agosto/setembro e dezembro) de 2002. Os resultados, com base no índice de estado trófico, indicam que a maioria dos tributários, com exceção do córrego Água Branca (eutrófico), é oligotrófico. Na represa o estudo teve avaliações mensais para alguns parâmetros (nutrientes totais e dissolvidos, clorofila total e material em suspensão) e semanais para outros (pH, condutividade elétrica, temperatura da água, oxigênio dissolvido e coliformes fecais) ao longo de um ano (dezembro de 2001 a dezembro de 2002), em nove pontos, abrangendo a região de foz do rio Itaqueri, córrego do Geraldo e ribeirão do Lobo, quatro pontos distribuídos na praia do balneário Santo Antônio e um ponto a jusante da represa. A foz do rio Itaqueri apresentou-se meso-eutrófica no período, enquanto os outros pontos avaliados, oligotróficos. Apesar da condição favorável apresentada, a análise temporal dos dados (com estudos realizados nos últimos 30 anos), mostra uma evidente e preocupante alteração nas condições originárias desse sistema, indicando um evidente processo de eutrofização do reservatório, associado aos usos e ocupação da bacia hidrográfica (resíduos domiciliares, turismo, agricultura e pecuária). Em relação a balneabilidade os principais pontos de contaminação fecal na represa são as entradas dos tributários, enquanto o corpo da represa foi considerado excelente em todo o período amostrado. O córrego Água Branca, como corpo receptor do esgoto de Itirapina, é o mais comprometido dos corpos de água avaliados, além de ser o principal contribuinte de nutrientes e coliformes fecais para a represa do Lobo, através do rio Itaqueri.

Compatibilidade entre tratamentos químico e biológico de sementes de feijão para controle de Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli

Atualmente, a produtividade do feijoeiro comum (Phaseolus vulgaris L.) pode ser reduzida devido à ocorrência de doenças em todo o território nacional, destacando-se a murcha de fusário, causada por Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli (Fop). No campo, o patógeno é disseminado a longas distâncias através das sementes infectadas e/ou contaminadas e a sua sobrevivência ocorre, principalmente, no solo. Os objetivos deste trabalho foram: avaliar a inibição do crescimento micelial de Fop por Trichoderma spp.; classificar a sensibilidade in vitro de Fop e Trichoderma spp., separadamente, a fungicidas e verificar a compatibilidade entre fungicidas químicos e biológicos para controle de Fop, presente nas sementes e no solo. Para avaliar a inibição do crescimento micelial de Fop, foram utilizados três isolados do patógeno, os quais foram confrontados, in vitro, com três isolados de Trichoderma spp. em testes de cultura pareada e produção de metabólitos voláteis a 20-22°C. Os experimentos foram conduzidos em delineamento inteiramente casualizado, com cinco repetições para cada isolado de Trichoderma. Para a classificação da sensibilidade in vitro de Fop e Trichoderma a fungicidas, foram avaliados os mesmos isolados anteriormente utilizados. Foram comparados dez fungicidas, em doses entre 0 a 100 mg L-1 que foram ajustadas de acordo com a CI50 de cada fungicida. Com base na percentagem de inibição do crescimento micelial, foram estimados os valores da concentração inibitória de 50% (CI50) e 100% (CI100) e selecionaram-se os fungicidas compatíveis com Trichoderma spp. A compatibilidade entre tratamentos químico e biológico foi avaliada através da inoculação artificial de sementes de feijão com um isolado de Fop (IAC 11.299-1) e infestação do mesmo no solo. As sementes foram tratadas com os fungicidas fludioxonil, flutriafol e tiofanato metílico, e com os três produtos biológicos, separadamente e em misturas. Avaliou-se o efeito dos tratamentos por meio dos testes de sanidade, germinação, comprimento de plântulas, massa da matéria seca em laboratório e índice de velocidade de emergência e porcentagem de emergência em estufa não climatizada. O efeito protetor dos tratamentos foi verificado através do teste de transmissão do patógeno solo-planta. Todos os isolados de Trichoderma apresentaram antagonismo in vitro contra Fop. No teste de cultura pareada foi observada uma redução de 15 a 20% no crescimento micelial do patógeno. No teste de produção de metabólitos voláteis, o isolado T12-1086G05 foi responsável pela maior inibição do crescimento micelial de Fop (10 a 48%). Os testes de sensibilidade in vitro mostraram que tiofanato metílico, flutriafol e fludioxonil foram compatíveis com Trichoderma (CI50 > 2 mg L-1). Com exceção do flutriafol e do GF 422 isolados e em mistura, todos os tratamentos foram eficientes na erradicação de Fop nas sementes, sem afetar a sua qualidade fisiológica. No teste de transmissão, verificou-se que a incidência de Fop foi de 5 a 40% no hipocótilo e de 5 a 30% nas raízes de feijoeiro provenientes de sementes tratadas com os produtos.

Desenvolvimento e caracterização do filtro óptico de interferência variável para detectores de alta resolução espectral e biossensores.

O presente trabalho está fundamentado no desenvolvimento de uma metodologia e/ou uma tecnologia de obtenção e caracterização de filtros ópticos de interferência de banda passante variável [C.M. da Silva, 2010] e de banda de corte variáveis, constituídos por refletores dielétricos multicamadas de filmes finos intercalados por cavidades de Fabry-Perot não planares com espessuras linearmente variáveis, que apresentam a propriedade do deslocamento linear da transmitância máxima espectral em função da posição, isto é, um Filtro de Interferência Variável (FIV). Este método apresenta novas e abrangentes possibilidades de confecção de filtros ópticos de interferência variável: lineares ou em outras formas desejadas, de comprimento de onda de corte variável (passa baixa ou alta) e filtros de densidade neutra variável, através da deposição de metais, além de aplicações em uma promissora e nova área de pesquisa na deposição de filmes finos não uniformes. A etapa inicial deste desenvolvimento foi o estudo da teoria dos filtros ópticos dielétricos de interferência para projetar e construir um filtro óptico banda passante convencional de um comprimento de onda central com camadas homogêneas. A etapa seguinte, com base na teoria óptica dos filmes finos já estabelecida, foi desenvolver a extensão destes conhecimentos para determinar que a variação da espessura em um perfil inclinado e linear da cavidade entre os refletores de Bragg é o principal parâmetro para produzir o deslocamento espacial da transmitância espectral, possibilitando o uso de técnicas especiais para se obter uma variação em faixas de bandas de grande amplitude, em um único filtro. Um trabalho de modelagem analítica e análise de tolerância de espessuras dos filmes depositados foram necessários para a seleção da estratégia do \"mascaramento\" seletivo do material evaporado formado na câmara e-Beam (elétron-Beam) com o objetivo da obtenção do filtro espectral linear variável de características desejadas. Para tanto, de acordo com os requisitos de projeto, foram necessárias adaptações em uma evaporadora por e-Beam para receber um obliterador mecânico especialmente projetado para compatibilizar os parâmetros das técnicas convencionais de deposição com o objetivo de se obter um perfil inclinado, perfil este previsto em processos de simulação para ajustar e calibrar a geometria do obliterador e se obter um filme depositado na espessura, conformação e disposição pretendidos. Ao final destas etapas de modelagem analítica, simulação e refinamento recorrente, foram determinados os parâmetros de projeto para obtenção de um determinado FIV (Filtro de Interferência Variável) especificado. Baseadas nos FIVs muitas aplicações são emergentes: dispositivos multi, hiper e ultra espectral para sensoriamento remoto e análise ambiental, sistemas Lab-on-Chip, biossensores, detectores chip-sized, espectrofotometria de fluorescência on-chip, detectores de deslocamento de comprimento de onda, sistemas de interrogação, sistemas de imageamento espectral, microespectrofotômetros e etc. No escopo deste trabalho se pretende abranger um estudo de uma referência básica do emprego do (FIV) filtro de interferência variável como detector de varredura de comprimento de ondas em sensores biológicos e químicos compatível com pós processamento CMOS. Um sistema básico que é constituído por um FIV montado sobre uma matriz de sensores ópticos conectada a um módulo eletrônico dedicado a medir a intensidade da radiação incidente e as bandas de absorção das moléculas presentes em uma câmara de detecção de um sistema próprio de canais de microfluidos, configurando-se em um sistema de aquisição e armazenamento de dados (DAS), é proposto para demonstrar as possibilidades do FIV e para servir de base para estudos exploratórios das suas diversas potencialidades que, entre tantas, algumas são mencionadas ao longo deste trabalho. O protótipo obtido é capaz de analisar fluidos químicos ou biológicos e pode ser confrontado com os resultados obtidos por equipamentos homologados de uso corrente.

Avaliação de indicadores biológicos na validação de processos de esterilização de isoladores por peróxido de hidrogênio

A resistência de cinco microrganismos presentes na microbiota da área de produção estéril (Cristalização Estéril), frente a ação do gás de peróxido de hidrogênio foi determinada e o valor O obtido para cada microrganismo foi comparado ao valor D do Bacillus stearothermophilus ATCC 12980 exposto ao mesmo agente. Os microrganismos testados foram Bacillus sp, M. luteus, Corynebacterium, Staphylococcus sp e Penicillium sp. Este teste tinha a finalidade de comprovar que a resistência do Bacillus stearothermophilus é maior quando da exposição ao peróxido de hidrogênio se comparada a outros microrganismos presentes na área produtiva. A metodologia consistiu da inoculação de 0,01 mL da suspensão de cada microrganismo na contagem de 102UFC/0,01 mL em cupons de aço inoxidável, previamente esterilizados por calor seco e posterior exposição ao gás de peróxido de hidrogênio. O experimento demonstrou que o valor D obtido para o Bacillus stearothermophilus ésuperior aos obtidos para os outros microrganismos em teste comprovando que a escolha deste microrganismo para o desafio contra o peróxido de hidrogênio é apropriada. Também executou-se o teste que visava garantir que o aço inoxidável é o material de suporte mais recomendado para este fim, utilizando-se suportes de diversos materiais normalmente encontrados no interior dos isoladores (PVC, aço inoxidável, CKC, teflon, polipropileno, látex, silicone, Hypalon, vidro, nylon, saco de alumínio) com 0,01 mL de inóculo de Bacillus stearothermophilus na contagem de 102UFC/O,01 mL, o que foi devidamente comprovado.

Avaliação sistemática do uso do Dried Blood Spot para determinação de elementos químicos em sangue capilar visando estudos de biomonitoramento no Brasil

A biomonitorização humana ou biomonitoramento (BH) é definido como a medida periódica de determinada substância química ou seu metabólito em fluidos biológicos, principalmente sangue e urina, de uma população com o objetivo de avaliar a exposição e os riscos à saúde. Tal método tem se tornado comum em países desenvolvidos, porém ainda é uma prática pouco utilizada no Brasil. Isso ocorre pela dificuldade de coleta, armazenamento e transporte das amostras, principalmente em regiões sem infraestrutura e de difícil acesso. Diante disso, alguns procedimentos alternativos de coleta de amostra vêm sendo propostos. Um destes procedimentos é o Dried Blood Spot (DBS) ou coleta e armazenamento de amostra em papel-cartão. Este método oferece uma série de vantagens sobre os procedimentos de coleta convencionais, principalmente por reduzir consideravelmente o volume de amostra coletada. Entretanto, pouco se sabe sobre a estabilidade dos analitos após a deposição da amostra no cartão e do risco de contaminação da amostra pelo substrato sólido. Além disso, procedimentos de extração dos analitos do papel, para posterior quantificação, ainda não estão totalmente estabelecidos. Neste sentido, o presente trabalho avaliou de forma sistemática o procedimento de coleta de sangue por DBS visando sua futura aplicação em programas de biomonitoramento no Brasil para determinação dos elementos químicos As, Cd, Cu, Hg, Mn, Pb, Se e Zn por espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). Para isso, no estudo foram utilizadas três diferentes marcas comerciais de cartão coletor: Whatman 903(TM), Munktell(TM), e DMPK-C(TM). Todas as marcas de cartão apresentaram baixas concentrações dos elementos químicos. Após a deposição da amostra no papel cartão verificou-se que a concentração dos elementos químicos manteve-se estável por um período de pelo menos 60 dias (temperatura ambiente e ao abrigo da luz). Foi otimizado o método de extração dos analitos do substrato, com melhor condição obtida após a imersão do papel (corte circular de diâmetro de 1/2´´) por 60 minutos em solução extratora (0,5% v/v HNO3 e 0,01% v/v Triton(TM) X-100) na proporção de 1:50 v/v, seguida de 10 segundos de agitação por vortex. Após a extração, a solução resultante contendo os analitos foi diretamente injetada no ICP-MS. Cabe também destacar que não foram observadas diferenças estatísticas nas concentrações dos elementos químicos com coleta de sangue da veia do antebraço (sangue venoso) ou do dedo (sangue capilar). Os resultados obtidos no presente estudo, devem contribuir para a implementação deste procedimento em análises de elementos químicos (biomonitoramento da população brasileira), principalmente considerando as dificuldades de coleta, armazenamento e transporte de amostras clínicas em nosso país por sua extensão territorial. Além disso, este procedimento pode facilitar estudos com populações vulneráveis e que vivem em áreas remotas e de difícil acesso.