High-Throughput Prediction of Acacia and Eucalypt Lignin Syringyl/Guaiacyl Content Using FT-Raman Spectroscopy and Partial Least Squares Modeling

High-throughput techniques are necessary to efficiently screen potential lignocellulosic feedstocks for the production of renewable fuels, chemicals, and bio-based materials, thereby reducing experimental time and expense while supplanting tedious, destructive methods. The ratio of lignin syringyl (S) to guaiacyl (G) monomers has been routinely quantified as a way to probe biomass recalcitrance. Mid-infrared and Raman spectroscopy have been demonstrated to produce robust partial least squares models for the prediction of lignin S/G ratios in a diverse group of Acacia and eucalypt trees. The most accurate Raman model has now been used to predict the S/G ratio from 269 unknown Acacia and eucalypt feedstocks. This study demonstrates the application of a partial least squares model composed of Raman spectral data and lignin S/G ratios measured using pyrolysis/molecular beam mass spectrometry (pyMBMS) for the prediction of S/G ratios in an unknown data set. The predicted S/G ratios calculated by the model were averaged according to plant species, and the means were not found to differ from the pyMBMS ratios when evaluating the mean values of each method within the 95 % confidence interval. Pairwise comparisons within each data set were employed to assess statistical differences between each biomass species. While some pairwise appraisals failed to differentiate between species, Acacias, in both data sets, clearly display significant differences in their S/G composition which distinguish them from eucalypts. This research shows the power of using Raman spectroscopy to supplant tedious, destructive methods for the evaluation of the lignin S/G ratio of diverse plant biomass materials.

Factors affecting log traits and green rotary-peeled veneer recovery from temperate eucalypt plantations

High levels of percentage green veneer recovery can be obtained from temperate eucalypt plantations. Recovery traits are affected by site and log position in the stem. Of the post-felling log traits studied, out-of-roundness was the best predictor of green recovery.

Efficient eucalypt cell wall deconstruction and conversion for sustainable lignocellulosic biofuels

In order to meet the world’s growing energy demand and reduce the impact of greenhouse gas emissions resulting from fossil fuel combustion, renewable plant-based feedstocks for biofuel production must be considered. The first-generation biofuels, derived from starches of edible feedstocks, such as corn, create competition between food and fuel resources, both for the crop itself and the land on which it is grown. As such, biofuel synthesized from non-edible plant biomass (lignocellulose) generated on marginal agricultural land will help to alleviate this competition. Eucalypts, the broadly defined taxa encompassing over 900 species of Eucalyptus, Corymbia, and Angophora are the most widely planted hardwood tree in the world, harvested mainly for timber, pulp and paper, and biomaterial products. More recently, due to their exceptional growth rate and amenability to grow under a wide range of environmental conditions, eucalypts are a leading option for the development of a sustainable lignocellulosic biofuels. However, efficient conversion of woody biomass into fermentable monomeric sugars is largely dependent on pretreatment of the cell wall, whose formation and complexity lend itself toward natural recalcitrance against its efficient deconstruction. A greater understanding of this complexity within the context of various pretreatments will allow the design of new and effective deconstruction processes for bioenergy production. In this review, we present the various pretreatment options for eucalypts, including research into understanding structure and formation of the eucalypt cell wall.

Extraction and purification of triterpenic acids from eucalypt bark

A indústria da pasta e do papel é um sector importante da economia mundial, particularmente a que assenta em espécies de Eucalyptus. No entanto, essas indústrias geram quantidades significativas de correntes secundárias de subprodutos e resíduos de biomassa que podem ser exploradas em aplicações de valor acrescentado em vez de serem queimadas para produção de energia. Um exemplo nobre pode ser a produção de ácidos triterpénicos com estruturas dos tipos lupano, oleanano e ursano, dada a sua abundância em alguns destes resíduos, em particular na casca, adotando o conceito de biorrefinaria integrada numa fábrica de pasta. Estes compostos são conhecidos pelas suas inúmeras actividades biológicas, por exemplo, antioxidante, anti-inflamatória e antitumoral, e podem encontrar aplicações em produtos de elevado valor, tais como cosméticos, nutracêuticos ou farmacêuticos. Neste sentido, o estudo das potencialidades das cascas das espécies de eucalipto mais exploradas enquanto fontes de compostos triterpénicos é um tópico relevante. Por conseguinte, foram analisados e comparados em pormenor os teores e composições em ácidos triterpénicos (TTAs) das cascas externas de várias espécies de eucalipto (E. globulus, E. grandis, E. urograndis, E. maidenii e E. nitens). Os teores dos principais TTAs identificados nestas espécies variaram entre 4.5 g/kg no E. urograndis e 21.6 g/kg no E. nitens. Observou-se que as cascas externas de Eucalyptus de zonas temperadas e Mediterrânicas, nomeadamente E. nitens e E. globulus, são mais ricas em TTAs que as espécies de regiões tropicais e subtropicais. Além disso, a casca externa do E. globulus é claramente a mais rica em ácidos com estruturas do tipo ursano enquanto a do E. nitens é a mais rica em ácidos do tipo oleanano e lupano. Estes resultados levaram-nos a estudar a extração dos TTAs da casca de Eucalyptus, bem como a sua posterior concentração e purificação, a qual foi efetuada por extração sólido-líquido convencional combinada com a precipitação de solutos, e por extração com fluidos supercríticos (SFE). No que diz respeito à primeira abordagem referida, foi desenvolvido neste trabalho um método patenteado que permite obter extratos enriquecidos em TTAs das cascas de eucalipto baseado em tecnologias disponíveis no imediato. Em relação à segunda abordagem, e de forma a apostar em processos de baixo impacto ambiental exigidos pelas biorrefinarias do futuro, a SFE surge como uma opção natural. Assim, foi efetuada a SFE da casca caduca do E. globulus com dióxido de carbono puro e modificado para recuperar a fração de TTAs, e os resultados foram comparados com os obtidos por extração em Soxhlet com diclorometano. Foram realizados estudos preliminares sobre a influência da pressão (100-200 bar), a adição de co-solvente (0, 5 e 8% m/m de etanol), e operação em múltiplos passos a fim de avaliar a aplicabilidade da alternativa supercrítica para a sua produção eficiente e selectiva. Os resultados destacaram a influência da pressão e o importante papel resumo (cont.) desempenhado pelo co-solvente neste processo, cujo efeito foi mais relevante do que o aumento da pressão em várias dezenas de bar. Este trabalho foi depois otimizado, usando o planeamento factorial de experiências e a metodologia de superfícies de resposta, para analisar a influência da temperatura (40-60 ºC), pressão (100-200 bar), e teor de etanol (0.0-5.0% m/m) na recuperação dos TTAs e respectiva concentração nos extractos. Nestes intervalos, as melhores condições de operação encontradas foram 200 bar, 40 °C e 5% de etanol, para as quais os modelos de regressão estatisticamente validados previram um rendimento de extração de 1.2% com 50% de concentração em TTAs, correspondendo ao rendimento em TTAs de 5.1 g/kg de casca e uma recuperação de 79.2% comparativamente ao valor do Soxhlet. Os TTAs livres e acetilados apresentaram tendências de extracção bastante distintas devido às suas diferentes afinidades para o CO2 causadas pelas diferentes polaridades: os derivados acetilados aproximam-se de um patamar máximo a cerca de 200 bar e 5% de etanol, enquanto a extração dos TTAs livres apresenta uma tendência sempre crescente no intervalo de condições estudado. Foram também medidas curvas cumulativas de SFE da casca do E. globulus de forma a analisar o comportamento cinético do processo em termos de rendimento total, rendimento em TTAs, rendimento em TTAs livres, rendimento em TTAs acetilados, e concentração dos TTAs nos extractos. Foi analisada a influência da pressão, temperatura, teor de co-solvente e caudal do dióxido de carbono sobre as respostas anteriores. Os dados experimentais foram modelados com os modelos Logístico, de Dessorção, de Placa Plana Simples, e de Difusão. Na globalidade, os resultados confirmaram que a pressão e o teor de etanol têm um efeito significativo sobre as curvas de extração, os rendimentos finais e as concentrações dos extratos, e mostraram a presença de limitações externas à transferência de massa em alguns ensaios. Mais uma vez, as famílias individuais de TTAs livres e acetilados apresentaram diferentes tendências de extracção. A modelação permitiu-nos confirmar não só o importante papel desempenhado pela difusão intraparticular na SFE, mas também a contribuição da resistência no filme em alguns ensaios. Após a análise de todos os resultados, foi efetuado um ensaio em duas etapas em série, possibilitando o enriquecimento do teor em TTAs no extracto devido às diferentes condições adotadas em cada etapa. Por último, um éster metílico de um ácido triterpénico do tipo oleanano - morolato de metilo - foi identificado pela primeira vez enquanto componente da casca de Eucalyptus na casca externa do Eucalyptus grandis x globulus, onde ocorre em teores elevados. A sua extração com CO2 supercrítico foi também realizada, visando a conceção de uma alternativa de extração ambientalmente benigna para este composto. A 200 bar e 60 ºC, a remoção do morolato de metilo atingiu um patamar às 6 h para 5.1 kg h-1 de CO2 / kg de casca. Em geral, e de forma semelhante à SFE da casca do E. globulus, os TTAs acetilados foram mais significativamente extraídos quando comparados com os seus ácidos livres, o que está diretamente relacionado com a natureza menos polar destas moléculas. O trabalho apresentado nesta tese é uma contribuição para a valorização de uma corrente de biomassa com baixo valor na indústria de pasta em duas vertentes complementares. Por um lado, aumentou o conhecimento da composição lipofílica das cascas de Eucalyptus spp. com interesse comercial para a produção de pasta, destacando o seu potencial enquanto fontes de ácidos triterpénicos. Por outro lado, foram desenvolvidos dois processos alternativos e facilmente integráveis numa fábrica de pasta para a sua exploração a partir da casca: um baseado em tecnologias convencionais bem estabelecidas a nível industrial, prevendo a sua aplicação a curto prazo, e um outro baseado na SFE, seguindo as tendências das futuras biorrefinarias.

Impact of teak and eucalypt monoculture on soils in the highlands of Kerala

Impact of teak and eucalypt monoculture on soils in the highlands of kerala .The thesis is arranged under nine chapters. The first chapter introduces the topic, reviews the literature pertaining to the study and presents the aims and objectives of the study. The second chapter briefly describes the study location. experimental design and sampling methodology. The third chapter deals with physical properties of plantation soils. The fourth and fifth chapters cover the chemical properties and macro- and micro nutrient status in plantation soils. The organic matter fractions in plantation soils are described in sixth chapter. First part of the seventh chapter presents the results of factor analysis and the second part deals with fertility index of plantations. All these chapters are self-contained with separate introduction, materials and methods and results and discussions. A general discussion of the results is included in the eighth chapter. The ninth chapter includes conclusions and summary A study that traces the variation in physical and chemical properties and nutrient status of teak soils with age of plantations, till the end of a rotation period is thus highly pertinent. Such a study, with an adjacent natural forest as a reference stand will not only generate information that will help us to understand the pattern of variation in soil properties, but will also aid us in formulating better management strategies. The data generated by such a study will be more useful if accompanied by information on soil changes following a short rotation plantation crop. As Eucalypt, a short rotation crop is the second major plantation crop in Kerala, it was chosen for the study.

Spatial structuring of arbuscular mycorrhizal communities in benchmark and modified temperate eucalypt woodlands

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are crucial to the functioning of the plant–soil system, but little is known about the spatial structuring of AMF communities across landscapes modified by agriculture. AMF community composition was characterized across four sites in the highly cleared south-western Australian wheatbelt that were originally dominated by forb-rich eucalypt woodlands. Environmentally induced spatial structuring in AMF composition was examined at four scales: the regional scale associated with location, the site scale associated with past management (benchmark woodlands with no agricultural management history, livestock grazing, recent revegetation), the patch scale associated with trees and canopy gaps, and the fine scale associated with the herbaceous plant species beneath which soils were sourced. Field-collected soils were cultured in trap pots; then, AMF composition was determined by identifying spores and through ITS1 sequencing. Structuring was strongest at site scales, where composition was strongly related to prior management and associated changes in soil phosphorus. The two fields were dominated by the genera Funneliformis and Paraglomus, with little convergence back to woodland composition after revegetation. The two benchmark woodlands were characterized by Ambispora gerdemannii and taxa from Gigasporaceae. Their AMF communities were strongly structured at patch scales associated with trees and gaps, in turn most strongly related to soil N. By contrast, there were few patterns at fine scales related to different herbaceous plant species, or at regional scales associated with the 175 km distance between benchmark woodlands. Important areas for future investigation are to identify the circumstances in which recolonization by woodland AMF may be limited by fungal propagule availability, reduced plant diversity and/or altered chemistry in agricultural soils.

Application of X-ray technique in nondestructive evaluation of eucalypt wood

X-rays were initially used for the inspection of special-purpose wood pieces for quantitative evaluation properties of different species. X-ray densitometry has had its use expanded ill dendroclimatology of Picea engelmannii trees. Subsequent laboratories developed applications of X-ray densitometry for environmental, wood science and technology, and related areas. This paper describes the basic methodology of X-ray densitometry applied to the eucalypt wood analysis, as well its presenting the results of applications in three areas: (i) evaluation of wood biodegradation by white rot fungi, (ii) detection of sapwood and heartwood, and (iii) determination of the effect of management oil wood properties. The wood decayed by white rot fungi was detected by X-ray densitometry with it decreasing wood density due to the biodegradation of cell wall components. The sapwood and heartwood of eucalypts were separated in response to the attenuation of X-rays, reflected by the wood anatomical structure and chemical composition. Also, Ill eucalypt trees after the application of irrigation and i characteristic wood density profiles were detected. Ill addition, the significant potential of X-ray densitometry for eucalypt wood research and analysis is discussed.

Chemical and physical attributes of two substratum for eucalypt seedling production

This work evaluated the viability of one commercial substrate with pinus bark, vermiculite and 30% of coconut fiber for Eucalyptus grandis seedlings production under different water management: 6, 8, 10, 12 e 14 mm day(-1). In relation to the substrates, it was evaluated, before and after the seedlings production, the total content of carbon, nitrogen and organic substances, pH and EC of the extract, the content of macronutrients (P, K, Ca, S, Mg) and macronutrients (B, Fe, Mn, Cu, Zn), as well as total porosity, density and water retention. It was evaluated the macro and mcronutrients accumulation in the roots and in the aerial part of the seedlings, 105 days after sowing. It was concluded that the substrates presented some distinct properties of those cited as ideal for production in containers with irrigation and fertilization. At the end of the production process, both substrates registered nutrient content little influenced by water management what would guarantee the initial development of the plants in the field.

Ambrosia and bark beetles (Scolytidae : Coleoptera) in pine and eucalypt stands in southern Brazil

More than 95% of the reforested area in Brazil is covered by exotic Eucalyptus and Pinus plantations. Native Scolytidae, mostly ambrosia beetles, appear to be rapidly adapting to these exotic trees, and reports of economic damage are becoming frequent. The objectives of our research were to survey, characterize and compare the Scolytidae fauna present in a P. taeda and an E. grandis stand in Telemaco Borba, Parana state, Brazil. Beetles were caught in ethanol baited ESALQ-84 vane traps in weekly collections from July 1995 until July 1997. In all, 87 species were trapped, 62 in the pine and 75 in the eucalypt stand. The most abundant beetle species in the pines were Hypothenemus eruditus, Xyleborinus gracilis, Cryptocarenus sp. and Xylosandrus retusus, while the most frequent were H. eruditus, Cryptocarenus sp., H. obscurus, Ambrosiodmus obliquus, and X. gracilis. In the eucalypt stand, H. eruditus, X. retusus, H. obscurus, X. ferrugineus and Microcorthylus minimus were the most abundant species, and H. eruditus, H. obscurus and M. minimus were the most frequently trapped. The majority of the species, regardless of the forest community, were most active between August (end of winter) and October (mid-spring). Significantly more H. eruditus, X. gracilis, Cryptocarenus sp., Corthylus obliquus, Hypothenemus bolivianus, A. obliquus, Sampsonius dampfi and Xyleborus affinis were trapped in the pine stand, while X. retusus, H. obscurus, X. ferrugineus, Xyleborinus linearicollis, Corthylus sp, and Corthylus convexicauda were caught in higher numbers in the eucalypt stand. Approximately 50% of the species trapped were found in both communities. Morisita's similarity index indicates the composition of the two communities is very similar, suggesting that most of the beetles are polyphagous. (C) 2001 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Boron transport in Eucalyptus. 2. Identification in silico of a putative boron transporter for xylem loading in eucalypt

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Seed germination and removal of Michelia champaca L. (Magnoliaceae) in eucalypt stands: the influence of the aril

Testou-se o efeito do arilo na germinação de M. champaca em condições controladas, bem como na sua remoção, em ambiente natural. Os ensaios de germinação foram mantidos a 25 ± 2 °C, sob luz branca constante. Os experimentos de remoção foram levados a cabo em três talhões velhos (idades de 39 a 62 anos) e três novos (15 anos de idade) de eucalipto mantidos no Horto Florestal Navarro de Andrade, em Rio Claro, SP. Os resultados indicaram que o arilo inibe a germinação, sendo as sementes fotoblásticas positivas. Observou-se que a remoção de sementes foi maior em talhões velhos do que em novos, provavelmente devido à maior densidade de roedores nos talhões velhos. Nos talhões novos, verificou-se que formigas removiam mais sementes ariladas. Esses insetos são importantes agentes na remoção do arilo de sementes derrubadas por pássaros, promovendo, assim, aumento na germinação e evitando a possível predação das sementes por roedores.