Mikrobielle Nutzung von Ernteresten in Bodensäulen und Litterbags

Die vorliegende Arbeit untersuchte die Einflüsse der Bodenart und Einarbeitungstiefe von Streu auf die mikrobielle Nutzung und ihren Abbau. Anhand einer Kohlenstoffsequestrierung wurde die Verlagerung streubürtigen Kohlenstoffes in die Fraktionen CO2-C, SOC, extrahierbaren Kohlenstoff, Cmik und POM-C betrachtet. Aufgrund der Analyse der δ13C-CO2 Werte der Bodenrespiration, im Rahmen der Sequestrierung des streubürtigen Kohlenstoffes, war der Anteil der streubürtigen Bodenrespiration und somit die gesamte, zu erwartende Bodenrespiration bekannt. Durch die, bei der Kohlenstoffsequestrierung, ermittelten Werte konnte eine Plausibilitätsprüfung an vier Methoden zur Erfassung der Bodenrespiration, auf ihre Genauigkeit und mögliche Artefakte hin, durchgeführt werden. Des Weiteren wurden in einem anschließenden Freilandversuch unter subtropischen Bedingungen die Einflüsse verschiedener Dünger und Feldfrüchte, in Abhängigkeit der Streuqualität, auf den Streuabbau und die mikrobielle Besiedelung hin untersucht. Im ersten Versuch (Kapitel 3), wurde anhand eines Säulenversuches der Einfluss der Einarbeitungstiefe, in Anhängigkeit der Bodenart, auf den Streuabbau untersucht. Dieses ist von großer Bedeutung, da auf landwirtschaftlich genutzten Flächen Streu und so genannte "Grüne Dünger" durch den Einsatz unterschiedlicher Bodenbearbeitungssysteme, wie z.B. der Kreiselegge oder dem Wendepflug, in unterschiedliche Tiefen eingearbeitet werden. Die Verlagerung streubürtigen mikrobiellen Kohlenstoffes per Pilzhyphen, über eine Distanz von bis zu 20 cm wurde innerhalb dieser Arbeit das erste Mal gezeigt. Bisherige Studien zeigten einzig einen Transport von streubürtigem Kohlenstoff per Pilzhyphen, über eine kurze Distanz von der Detritussphäre in den angrenzenden Boden. Der höhere Anteil streubürtigen mikrobiellen Kohlenstoffes innerhalb der von der Streuschicht weiter entfernten Schichten im sandigen Boden, im Vergleich zum lehmigen Boden zeigte, dass das feine Porenvolumen des lehmigen Bodens den Transport Streubürtigen Kohlenstoffes per Pilzhyphen grundsätzlich behindert. Diese Annahme wurde durch die stärkere Abnahme des Anteils streubürtigen mikrobiellen Kohlenstoffes, mit zunehmender Entfernung zur Streuschicht, im lehmigen Boden im Vergleich zum sandigen Boden unterstützt. Es ist davon auszugehen, dass der sandige Boden zusätzlich durch die höhere Porosität eine erhöhte Sauerstoffdurchlässigkeit und somit, in den tieferen Schichten bessere Wachstumsbedingungen für Mikroorganismen bietet als der lehmige Boden. Durch die Ausbreitung substratbürtigen mikrobiellen Kohlenstoffes wurde im sandigen Boden mehr streubürtiger Kohlenstoff durch Mikroorganismen inkorporiert als im lehmigen Boden. Ein weiterer Grund für die geringere Verlagerung von streubürtigem Kohlenstoff in die mikrobielle Biomasse des lehmigen Bodens ist wahrscheinlich der bessere physikalische Schutz durch den höheren Tonanteil. Durch die Einarbeitung der Streu stieg in allen Ansätzen der Gehalt an Ergosterol, welcher ein wesentlicher Indikator für die Präsenz saprotropher Pilze ist. Besonders stark ausgeprägt war der Anstieg des Ergosterolgehaltes, sowie des Ergosterol / mikrobielle Biomasse C – Quotienten, wenn Streu in die untere Schicht (15 - 20 cm) ein-gearbeitet wurde. Diese tiefenspezifischen Unterschiede wurden bisher in noch keinem weiteren Versuch beobachtet und können auf die Entwicklung unterschiedlicher pilzlicher Gemeinschaften zurück zu führen sein. Es ist jedoch wahrscheinlicher, dass pilzliche Nekromasse in den oberen Bodenschichten schneller umgesetzt wird und somit bei der Ergosterolbestimmung nicht mit erfasst wird. Da der Umsatz der pilzlichen Nekromasse im porösen sandigen Boden, aufgrund der höheren Sauerstoffverfügbarkeit und des geringeren physikalischen Schutzes, vermutlich höher ist als im lehmigen Boden, wird diese Annahme durch den im sandigen Boden geringeren Gehalt an mikrobiellen Kohlenstoff unterstützt. Wie erwartet, überstieg die Mineralisation der Streu im sandigen Boden die der im lehmigen Boden. Jedoch anders als erwartet, unterschied sich die Mineralisation in Abhängigkeit der Einarbeitungstiefe, mit einer erhöhten Mineralisation bei Einarbeitung der Streu in 0 - 5 cm Tiefe, einzig im sandigen Boden. Die Berechnung des Ertragskoeffizienten zeigte, dass die Substratsnutzungseffizienz der Mikroorganismen im sandigen Boden signifikant geringer war als die im lehmigen Boden. Die Zugabe von Streu führte in beiden Böden, verstärkt jedoch im lehmigen Boden, zu einem positiven Priming Effekt, der in beiden Bö-den stärker ausgeprägt war, als Streu in 0–5 cm Tiefe eingearbeitet wurde. Trotz Abnahme der SOC-bürtigen mikrobiellen Biomasse stieg die Mineralisation des SOC stark an. Es ist anzunehmen, dass extrazelluläre Enzyme wie Cellulase und Lignin modifizierende Enzy-me, produziert von saprotrophen Pilzen, zum Abbau von Cellolose und Lignin der Streu, zum Teil sehr effizient SOC abbauen. Im zweiten Versuch (Kapitel 4) wurde anhand des gleichen Säulenversuches (Versuch 1; Kapitel 3) der Einfluss der Entfernung von CO2-hot-spots im Boden zur Bodenoberfläche, in Abhängigkeit der Bodenart, auf vier verschiedene Methoden zur Erfassung der Bodenrespiration betrachtet. Zusätzlich wurde durch eine Plausibilitätsprüfung anhand der Kohlenstoffbilanz, basierend auf der in Versuch 1 durchgeführten Kohlenstoffsequestrierung, die Genauigkeit der vier Methoden in Abhängigkeit der Bodenart überprüft. Für beide Ansätze mit sandigem Boden zeigen IR und PAS eine deutliche Überschätzung der mit NaOH und GC bestimmten Bodenrespiration. Die Überschätzung durch IR ist dabei auf die durch die dynamische Haube verursachten Turbulenzen und deren Auswirkungen auf den porösen sandigen Boden zurück zu führen. Bei geringen Respirationsraten, wie bei der Kontrolle, zeigt die Messung mittels IR trotz Turbulenzen, verursacht durch den Ventilator der Haube, keine Überschätzung. Die Überschätzung durch PAS hingegen kann nicht auf Turbulenzen, verursacht durch die dynamische Haube, zurück geführt werden, da bei den Analysen mit PAS und GC identische Hauben, höher und größer als bei IR, eingesetzt wurden und die Bodenrespiration durch GC nicht überschätzt wurde. Im Gegensatz zu beiden sandigen Ansätzen überschätzt IR die Bodenrespiration im lehmigen Boden nicht. NaOH hingegen unterschätzt die Bodenrespiration, wenn Streu in 15-20 cm Tiefe des lehmigen Bodens eingearbeitet ist. Dieses ist dadurch zu erklären, dass, bedingt durch die geringere Porosität sowie das höhere Wasserhaltevermögen und dem daraus resultierenden geringeren Luft gefüllten Porenvolumen, die Diffusion von CO2 im lehmigen Boden langsamer ist als im sandigen Boden. Nach Absorption des CO2 der Haubenluft diffundiert das CO2 des CO2-hot-spots in 15-20 cm Tiefe, entlang des Diffusionsgradienten, aufgrund des Diffusionswiderstandes in lehmigen Boden langsamer zur Oberfläche als im sandigen Boden oder wenn der CO2-hot-spot direkt unter der Bodenoberfläche liegt. Da bei der Messung mit der dynamischen Haube diese nur kurz auf der Fläche verbleibt, beeinflusst der Diffusionsgradient diese Messungen nicht. Hinzukommt, dass bei den Messsystemen, die in Kombination mit der dynamischen Haube eingesetzt werden, im Gegensatz zur Absorption durch Lauge keine CO2 Abreicherung stattfindet und die Diffusion von CO2 aus dem Boden über lange Zeit bis zu hohen CO2 Konzentration in der Haube linear bleibt. Alle drei mit einer dynamischen Haube kombinierten Methoden zeigen mit Korrelations-koeffizienten zwischen 0,90 und 0,93 starke Korrelationen mit NaOH. Während PAS die Bodenrespiration im Verhältnis zu NaOH immer überschätzt, tritt eine Überschätzung durch GC nur bei Mineralisationsraten unter 500 mg m-2 h-1 und für IR bei Mineralisations-raten über 40 mg m-2 h-1 ein. Die Plausibilitätsprüfung zeigt, dass für sandigen Boden, mit NaOH und GC eine sehr exakte Wiederfindung von Kohlenstoff erreicht wird, wohingegen IR und PAS in der Wiederfindung von Kohlenstoff bei deutlich über 100 % liegen. Für den lehmigen Boden hingegen ist nach Entfernung der CO2-hot-spots zur Bodenoberfläche zu differenzieren. Befindet sich der CO2-hot-spot direkt unter der Bodenoberfläche ist die Wiederfindung von Kohlenstoff für NaOH, GC und IR sehr exakt. Befindet sich der CO2-hot-spot jedoch in 15-20 cm Tiefe, ist die Wiederfindung des Kohlenstoffes durch NaOH deutlich unter 100 %. Die Wiederfindung durch PAS liegt sowohl für den sandigen als auch für den lehmigen Boden immer deutlich über 100 %. Im dritten Versuch (Kapitel 5), wurde anhand eines Litterbag-Versuches im Norden des Omans, der Einfluss verschiedener Dünger und Feldfrüchte auf den Abbau von Streu auf landwirtschaftlich genutzten Flächen in Abhängigkeit der Streuqualität betrachtet. Bei dem Großteil bisheriger Streuabbauversuche, unter gemäßigten und subtropischen Klimaten, stand der Abbau von Streu im Wald im Fokus der Betrachtung. Die wenigen Versuche zum Streuabbau auf landwirtschaftlich genutzten Flächen beschränken sich auf die gemäßigten Klimate. Wohingegen der Abbau von Streu, sowie der Einfluss von Dünger und Feldfrucht unter subtropischen Bedingungen, zum ersten mal mit der vorliegenden Arbeit fokussiert wurde. Der Verlust an organischem Material war verglichen mit Versuchen un-ter gemäßigten Klimaten, bei allen vier Streuarten, generell hoch. Der höhere Abbau von Luzernen- und Maisstreu im Vergleich zu Raps- und Weizenstreu ist auf Unterschiede der Streuqualität zurückzuführen. Neben der Verwertbarkeit durch Mikroorganismen beeinflusst die Streuqualität zusätzlich die "Schmackhaftigkeit" der Streu für Organismen der Mesofauna. Wodurch ein selektiver Transport und/oder Grazing von Mikroorganismen stattfindet. Der geringere Abbau der Luzernenstreu verglichen mit Maisstreu jedoch ist nicht auf die Streuqualität sondern auf die geringere mikrobielle Besiedelung der Luzernenstreu während der Versuchszeit zurückzuführen. Der Unterschied im Grad der mikrobiellen Besiedelung kann durch die erhobenen Daten nicht erklärt werden. Es ist jedoch davon auszugehen, dass Leguminosen Substanzen wie z.B. Polyphenole enthalten, welche die mikrobielle Biomasse und im Besonderen die pilzliche Biomasse in beachtlichem Umfang inhibitieren. Ebenso wenig ist der höhere Abbau von Weizenstreu verglichen mit Rapsstreu durch die Streuqualität zu begründen. Eine mögliche Erklärung für den geringeren Abbau der Rapsstreu kann ihr hoher Aluminium Gehalt sein. Es ist jedoch wahrscheinlicher, dass die Rapsstreu organische Substanzen wie Glucosinolate enthält, welche den mikrobiellen Streuabbau inhibitieren. Während der Hemicellulosegehalt am Ende des Versuches nicht durch die Streuqualität beeinflusst war, zeigten Cellulose und Lignin quali-tätsabhängige Effekte. Der stärkere Abbau von Cellulose bei Luzernen- und Maisstreu ist auf den anfänglich höheren Stickstoffgehalt zurückzuführen, wodurch die Produktion und Aktivität von Cellulose degradierenden Enzymen, wie Exo-Cellulase, Endo-Cellulase und Xylanase, anstieg. Es ist davon auszugehen, dass die Differenzen im Celluloseabbau von Luzernen- und Maisstreu im Vergleich zu Raps- und Weizenstreu, neben Unterschieden im anfänglichen Stickstoffgehalt, auf den höheren Schutz von Cellulose durch Lignin in Raps- und Weizenstreu zurückzuführen sind. Während der initial geringe Stickstoffgehalt den Ligninabbau in Raps- und Weizenstreu unterstützt, ist die relative Anreicherung von Lignin in Luzernen- und Maisstreu hingegen auf den initial hohen Stickstoffgehalt zurückzuführen. Dem entgegen hat die Zusammensetzung weiterer Nährstoffe einen sehr geringen Effekt. Es ist jedoch möglich, dass stärkere Effekte durch den Eintrag von Boden in die Litterbags durch Organismen der Mesofauna, Wurzelwachstum oder physikalische Verlagerung überdeckt werden. Während unter organische Düngung, die pilzliche Biomasse ansteigt, fördert der leicht verfügbare Stickstoff der mineralischen Düngung die Bildung bakterieller Biomasse. Der höher Gehalt an pilzlicher Biomasse unter organischer Düngung zeigte keinen generellen Effekt auf den Abbau von Kohlenstoff. Er führte jedoch zu einer Veränderung in der Streuzusammensetzung. Die verringerte Abnahme bzw. verstärkte Zunahme der Nährstoffgehalte bei organischer Düngung ist durch den Eintrag dünger-bürtiger Nährstoffe, im Besonderen durch die verstärkte Bildung pilzlicher Hyphen in die Litterbags hinein, zu erklären. Trotz höherer Gehalte an pilzlicher Biomasse war der Ligningehalt am Ende des Versuches unter organischer Düngung höher als unter mineralischer Düngung. Diese ist auf den Eintrag düngerbürtiger Pilze zurückzuführen, welche eine geringere Lignindegradierungseffizienz aufweisen. Der Einfluss der Feldfrucht auf den Streuabbau äußert sich durch höhere Gehalte mikrobieller und im Besonderen pilzlicher Biomasse, und durch geringere Gehalte an N, P, Ca, Na und K in, im Litterbag verbleiben-der Streu, unter dem Anbau von Mohrrüben. Der Anstieg der pilzlichen Biomasse führt, ebenso wie bei der organischen Düngung zu keinem generellen Anstieg der Kohlenstoffdegradation, zeigt jedoch einen selektiven Effekt auf den Abbau von Cellulose. Der Einfluss, sowohl auf die mikrobielle Biomasse, als auch auf den Nährstoffgehalt, zeigt die Bedeutung der Unterschiede im Wurzelwachstum, der Rhizodeposition sowie des Nährstoffbedarfs in Abhängigkeit der Feldfrucht. Trotz großer Unterschiede der Streuarten im anfänglichen Gehalt mikrobieller Biomasse war dieser am Ende des Versuches für alle Streuarten identisch. Dieses war Folge eines starken Anstiegs der pilzlichen Biomasse bei Luzernen- und Maisstreu sowie einer Abnahme der pilzlichen Biomasse bei Raps- und Weizenstreu, welche zuvor noch nicht beobachtet wurde. Dieses macht den Einfluss der anfänglichen mikrobiellen Biomasse auf deren Entwicklung während des Streuabbauprozesses im Boden deutlich. Es ist anzunehmen, dass ein Teil der anfänglichen pilzlichen Biomasse der Raps- und Weizenstreu, welche sich unter gemäßigten Klimaten entwickelte, unter subtropischen Bedingungen nicht überlebensfähig war. Generell war der Streuabbau durch Pilze dominiert. Es zeigte sich jedoch, dass Unterschiede im Pflanzenmaterial einen Einfluss auf die bakterielle Biomasse hatten, Unterschiede in Düngung und Feldfrucht hingegen die pilzliche Biomasse und die bakterielle Biomasse beeinflussten.

Efficient tree construction for the multicast problem

A new heuristic for the Steiner Minimal Tree problem is presented here. The method described is based on the detection of particular sets of nodes in networks, the “Hot Spot” sets, which are used to obtain better approximations of the optimal solutions. An algorithm is also proposed which is capable of improving the solutions obtained by classical heuristics, by means of a stirring process of the nodes in solution trees. Classical heuristics and an enumerative method are used CIS comparison terms in the experimental analysis which demonstrates the goodness of the heuristic discussed in this paper.

Efficient tree construction for the multicast problem

A new heuristic for the Steiner minimal tree problem is presented. The method described is based on the detection of particular sets of nodes in networks, the “hot spot” sets, which are used to obtain better approximations of the optimal solutions. An algorithm is also proposed which is capable of improving the solutions obtained by classical heuristics, by means of a stirring process of the nodes in solution trees. Classical heuristics and an enumerative method are used as comparison terms in the experimental analysis which demonstrates the capability of the heuristic discussed

The effects of cattle grazing on plant-pollinator communities in a fragmented Mediterranean landscape

The main aims of this study were to assess grazing impacts on bee communities in fragmented mediterranean shrubland (phrygana) and woodland habitats that also experience frequent wildfires, and to explain the mechanisms by which these impacts occur. Fieldwork was carried out in 1999 and 2000 on Mount Carmel, in northern Israel, a known hot-spot for bee diversity. Habitats with a range of post-burn ages and varying intensities of cattle grazing were surveyed by transect recording, grazing levels, and the diversity and abundance of both flowers and bees were measured. The species richness of both bees and flowers were highest at moderate to high grazing intensities, and path-analysis indicated that the effects of both grazing and fire on bee diversity were mediated mainly through changes in flower diversity, herb flowers being more important than shrubs. The abundance of bees increased with intensified grazing pressure even at the highest levels surveyed. Surprisingly though, changes in bee abundance at high grazing levels were not caused directly by changes in flower cover. The variation in bee abundance may have been due to higher numbers of solitary bees from the family Halictidae in grazed sites, where compacted ground (nesting resource) and composites (forage resource) were abundant. The effects of grazing on plants were clearest in the intermediate-aged sites, where cattle inhibited the growth of some of the dominant shrubs, creating or maintaining more open patches where light-demanding herbs could grow, thus allowing a diverse flora to develop. Overall, bee communities benefit from a relatively high level of grazing in phrygana. Although bee and flower diversity may decrease under very heavy grazing, the present levels of grazing on Mount Carmel appear to have only beneficial effects on the bee community.

Modeling the plant uptake of organic chemicals, including the soil-air-plant pathway

The soil−air−plant pathway is potentially important in the vegetative accumulation of organic pollutants from contaminated soils. While a number of qualitative frameworks exist for the prediction of plant accumulation of organic chemicals by this pathway, there are few quantitative models that incorporate this pathway. The aim of the present study was to produce a model that included this pathway and could quantify its contribution to the total plant contamination for a range of organic pollutants. A new model was developed from three submodels for the processes controlling plant contamination via this pathway: aerial deposition, soil volatilization, and systemic translocation. Using the combined model, the soil−air−plant pathway was predicted to account for a significant proportion of the total shoot contamination for those compounds with log KOA > 9 and log KAW < −3. For those pollutants with log KOA < 9 and log KAW > −3 there was a higher deposition of pollutant via the soil−air−plant pathway than for those chemicals with log KOA > 9 and log KAW < −3, but this was an insignificant proportion of the total shoot contamination because of the higher mobility of these compounds via the soil−root−shoot pathway. The incorporation of the soil−air−plant pathway into the plant uptake model did not significantly improve the prediction of the contamination of vegetation from polluted soils when compared across a range of studies. This was a result of the high variability between the experimental studies where the bioconcentration factors varied by 2 orders of magnitude at an equivalent log KOA. One potential reason for this is the background air concentration of the pollutants under study. It was found background air concentrations would dominate those from soil volatilization in many situations unless there was a soil hot spot of contamination, i.e., >100 mg kg−1.

Multiwavelength Observations of EXO 0748-676. II. Emission-Line Behavior

We present optical and ultraviolet spectra, light curves, and Doppler tomograms of the low-mass X-ray binary EXO 0748-676. Using an extensive set of 15 emission-line tomograms, we show that, along with the usual emission from the stream and ``hot spot,'' there is extended nonaxisymmetric emission from the disk rim. Some of the emission and Hα and Hβ absorption features lend weight to the hypothesis that part of the stream overflows the disk rim and forms a two phase medium. The data are consistent with a 1.35 Msolar neutron star with a main-sequence companion and hence a mass ratio q~0.34.

Fireballs and oscillations in AE Aqr

From rapid spectroscopy of AE Aqr we determined the variable component of a flare spectrum. The hot spot model is inconsistent with the oscillation amplitude spectra, line oscillations require a more detailed model. This work will be submitted shortly to MNRAS.

Extratropical cyclones and the projected decline of winter Mediterranean precipitation in the CMIP5 models

The Mediterranean region has been identified as a climate change "hot-spot" due to a projected reduction in precipitation and fresh water availability which has potentially large socio-economic impacts. To increase confidence in these projections, it is important to physically understand how this precipitation reduction occurs. This study quantifies the impact on winter Mediterranean precipitation due to changes in extratropical cyclones in 17 CMIP5 climate models. In each model, the extratropical cyclones are objectively tracked and a simple approach is applied to identify the precipitation associated to each cyclone. This allows us to decompose the Mediterranean precipitation reduction into a contribution due to changes in the number of cyclones and a contribution due to changes in the amount of precipitation generated by each cyclone. The results show that the projected Mediterranean precipitation reduction in winter is strongly related to a decrease in the number of Mediterranean cyclones. However, the contribution from changes in the amount of precipitation generated by each cyclone are also locally important: in the East Mediterranean they amplify the precipitation trend due to the reduction in the number of cyclones, while in the North Mediterranean they compensate for it. Some of the processes that determine the opposing cyclone precipitation intensity responses in the North and East Mediterranean regions are investigated by exploring the CMIP5 inter-model spread.

Climate change projections and selected impacts for Vietnam

In September 2013, the 5th Assessment Report (5AR) of the International Panel on Climate Change (IPCC) has been released. Taking the 5AR cli-mate change scenarios into account, the World Bank published an earli-er report on climate change and its impacts on selected hot spot re-gions, including Southeast Asia. Currently, dynamical and statistical-dynamical downscaling efforts are underway to obtain higher resolution and more robust regional climate change projections for tropical South-east Asia, including Vietnam. Such initiatives are formalized under the World Meteorological Organization (WMO) Coordinated Regional Dynamic Downscaling Experiment (CORDEX) East Asia and Southeast Asia and also take place in climate change impact projects such as the joint Vietnam-ese-German project “Environmental and Water Protection Technologies of Coastal Zones in Vietnam (EWATEC-COAST)”. In this contribution, the lat-est assessments for changes in temperature, precipitation, sea level, and tropical cyclones (TCs) under the 5AR Representative Concentration Pathway (RCP) scenarios 4.5 and 8.5 are reviewed. Special emphasis is put on changes in extreme events like heat waves and/or heavy precipita-tion. A regional focus is Vietnam south of 16°N. A continued increase in mean near surface temperature is projected, reaching up to 5°C at the end of this century in northern Vietnam un-der the high greenhouse-gas forcing scenario RCP8.5. Overall, project-ed changes in annual precipitation are small, but there is a tendency of more rainfall in the boreal winter dry season. Unprecedented heat waves and an increase in extreme precipitation events are projected by both global and regional climate models. Globally, TCs are projected to decrease in number, but an increase in intensity of peak winds and rain-fall in the inner core region is estimated. Though an assessment of changes in land-falling frequency in Vietnam is uncertain due to difficul-ties in assessing changes in TC tracks, some work indicates a reduction in the number of land-falling TCs in Vietnam. Sea level may rise by 75-100 cm until the end of the century with the Vietnamese coastline experienc-ing 10-15% higher rise than on global average. Given the large rice and aquaculture production in the Mekong and Red River Deltas, that are both prone to TC-related storm surges and flooding, this poses a challenge to foodsecurity and protection of coastal population and assets.

The impact of fragmentation and density regulation on forest succession in the Atlantic rain forest

The Atlantic Rain Forest, an important biodiversity hot spot, has faced severe habitat loss since the last century which has resulted in a highly fragmented landscape with a large number of small forest patches (<100 ha). For conservation planning it is essential to understand how current and future forest regeneration depends on ecological processes, fragment size and the connection to the regional seed pool. We have investigated the following questions by applying the forest growth simulation model FORMIND to the situation of the Atlantic Forest in the state of Sao Paulo, SE Brazil: (1) which set of parameters describing the local regeneration and level of density regulation can reproduce the biomass distribution and stem density of an old growth forest in a reserve? (2) Which additional processes apart from those describing the dynamics of an old growth forest, drive forest succession of small isolated fragments? (3) Which role does external seed input play during succession? Therefore, more than 300 tree species have been classified into nine plant functional types (PFTs), which are characterized by maximum potential height and shade tolerance. We differentiate between two seed dispersal modes: (i) local dispersal, i.e. all seedlings originated from fertile trees within the simulated area and (ii) external seed rain. Local seed dispersal has been parameterized following the pattern oriented approach, using biomass estimates of old growth forest. We have found that moderate density regulation is essential to achieve coexistence for a broad range of regeneration parameters. Considering the expected uncertainty and variability in the regeneration processes it is important that the forest dynamics are robust to variations in the regeneration parameters. Furthermore, edge effects such as increased mortality at the border and external seed rain have been necessary to reproduce the patterns for small isolated fragments. Overall, simulated biomass is much lower in the fragments compared to the continuous forest, whereas shade tolerant species are affected most strongly by fragmentation. Our simulations can supplement empirical studies by extrapolating local knowledge on edge effects of fragments to larger temporal and spatial scales. In particular our results show the importance of external seed rain and therefore highlight the importance of structural connectivity between regenerating fragments and mature forest stands. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Electrochemical Control of the Time-Dependent Intensity Fluctuations in Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS)

Time-dependent fluctuations in surface-enhanced Raman scattering (SERS) intensities were recorded from a roughened silver electrode immersed in diluted solutions of rhodamine 6G (R6G) and congo red (CR). These fluctuations were attributed to a small number of SERS-active molecules probing regions of extremely high electromagnetic field (hot spots) at the nanostructured surface. The time-dependent distribution of SERS intensities followed a tailed statistics at certain applied potentials, which has been linked to single-molecule dynamics. The shape of the distribution was reversibly tuned by the applied voltage. Mixtures of both dyes, R6G and CR, at low concentrations were also investigated. Since R6G is a cationic dye and CR is an anionic dye, the statistics of the SERS intensity distribution of either dye in a mixture were independently controlled by adjusting the applied potential. The potential-controlled distribution of SERS intensities was interpreted by considering the modulation of the surface coverage of the adsorbed dye by the interfacial electric field. This interpretation was supported by a two-dimensional Monte Carlo simulation that took into account the time evolution of the surface configuration of the adsorbed species and their probability to populate a hypothetical hot spot. The potential-controlled SERS dynamics reported here is a first step toward the spectroelectrochemical investigation of redox processes at the single-molecule level by SERS.

Avaliação da contaminação de solos por hidrocarbonetos e metais pesados em diques de contenção

A meta dessa dissertação foi estudar a possibilidade de contaminação de um solo por hidrocarbonetos e metais pesados associados em zona industrial, estabelecendo uma metodologia de amostragem para avaliação de solos potencialmente contaminados. Para estudo de caso foi selecionada uma refinaria de petróleo localizada em território nacional. Conjuntamente com a metodologia de amostragem, foram estabelecidos como objetivos: a caracterização e avaliação do solo, a identificação dos possíveis “hot spot’s” para servir de subsídios para o monitoramento em investigações mais detalhadas do local e a avaliação da eficiência das barreiras argilosas que compõem os diques dos tanques. Foram investigados os solos que compõem os diques de contenção dos tanques armazenadores de petróleo. As diversas operações realizadas na área são fontes potencias de adição de contaminantes, que ocorrem, normalmente, em pequenas doses e de maneira contínua, pois a fonte nunca é estancada. Foram estabelecidas duas etapas de investigação: uma preliminar, que se consistiu em um levantamento do histórico da área, listando as evidências que pudessem indicar quais locais poderiam ser focos de contaminação A partir dos dados levantados na investigação preliminar foi feito o planejamento de uma campanha de amostragem para a coleta de amostras de solo. Além das análises usuais de caracterização, foram executadas análises de Hidrocarbonetos Totais de Petróleo (TPH Total Petroleum Hydrocarbon) e dos metais cádmio, chumbo, cromo, níquel e mercúrio. Para o enquadramento da área sob o ponto de vista de área contaminada foram utilizados como valores orientadores a “Nova Lista da Holanda” e os “Valores orientadores para solos e águas subterrâneas para o estado de São Paulo”. Dos quatro pontos amostrados, um foi classificado como um “hot spot”, atingindo valores que classificam a área como contaminada. Foi constatado que as barreiras argilosas que compõem os diques de contenção junto aos tanques de armazenamento são ineficientes, ou seja, os hidrocarbonetos estão percolando através dos diques de contenção.

Evolução de Rádio Fontes Duplas Extragalácticas

Double radio sources have been studied since the discovery of extragalactic radio sources in the decade of 1930. Since then, several numerical studies and analytical models have been proposed seeking a better understanding of the physical phenomena that determines the origin and evolution of such objects. In this thesis, we intended to study the evolution problem of the double radio sources in two fronts: in the ¯rst we have developed an analytical self-similar model that represents a generalization of most models found in the literature and solve some existent problems related to the jet head evolution. We deal with this problem using samples of hot spot sizes to ¯nd a power law relation between the jet head dimension and the source length. Using our model, we were able to draw the evolution curves of the double sources in a PD diagram for both compact sources (GPS and CSS) and extended sources of the 3CR catalogue. We have alson developed a computation tool that allows us to generate synthetic radio maps of the double sources. The objective is to determine the principal physical parameters of those objects by comparing synthetic and observed radio maps. In the second front, we used numeric simulations to study the interaction of the extra- galactic jets with the environment. We simulated situations where the jet propagates in a medium with high density contrast gas clouds capable to block the jet forward motion, forming the distorted structures observed in the morphology of real sources. We have also analyzed the situation in which the jet changes its propagation direction due to a change of the source main axis, creating the X-shaped sources. The comparison between our simulations and the real double radio sources, enable us to determine the values of the main physical parameters responsible for the distortions observed in those objects

Avaliação por ressonância magnética funcional e estimulação magnética transcraniana da intervenção única da terapia espelho em pacientes após acidente vascular cerebral isquêmico

Mirror therapy (MT) is being used as a rehabilitation tool in various diseases, including stroke. Although some studies have shown its effectiveness, little is known about neural mechanisms that underlie the rehabilitation process. Therefore, this study aimed at assessing cortical neuromodulation after a single MT intervention in ischemic stroke survivors, by means of by functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) and Transcranial Magnetic Stimulation (TMS). Fifteen patients participated in a single thirty minutes MT session. fMRI data was analyzed bilaterally in the following Regions of Interest (ROI): Supplementary Motor Area (SMA), Premotor cortex (PMC), Primary Motor cortex (M1), Primary Sensory cortex (S1) and Cerebellum. In each ROI, changes in the percentage of occupation and beta values were computed. Group fMRI data showed a significant decreased in the percentage of occupation in PMC and cerebellum, contralateral to the affected hand (p <0.05). Significant increase in beta values was observed in the following contralateral motor areas: SMA, Cerebellum, PMC and M1 (p<0,005). Moreover, a significant decrease was observed in the following ipsilateral motor areas: PMC and M1 (p <0,001). In S1 a bilateral significant decrease (p<0.0005) was observed.TMS consisted of the analysis of Motor Evoked Potential (MEP) of M1 hotspot. A significant increase in the amplitude of the MEP was observed after therapy in the group (p<0,0001) and individually in 4 patients (p <0.05). Altogether, our results imply that single MT intervention is already capable of promoting changes in neurobiological markers toward patterns observed in healthy subjects. Furthermore, the contralateral hemisphere motor areas changes are opposite to the ones in the ipsilateral side, suggesting an increase system homeostasis.

Molecular detection of Paracoccidioides brasiliensis in road-killed wild animals

Paracoccidioides brasiliensis infections have been little studied in wild and/or domestic animals, which may represent an important indicator of the presence of the pathogen in nature. Road-killed wild animals have been used for surveillance of vectors of zoonotic pathogens and may offer new opportunities for eco-epidemiological studies of paracoccidiodomycosis (PCM). The presence of P. brasiliensis infection was evaluated by Nested-PCR in tissue samples collected from 19 road-killed animals; 3 Cavia aperea (guinea pig), 5 Cerdocyon thous (crab-eating-fox), 1 Dasypus novemcinctus (nine-banded armadillo), 1 Dasypus septemcinctus (seven-banded armadillo), 2 Didelphis albiventris (white-eared opossum), 1 Eira barbara (tayra), 2 Gallictis vittata (grison), 2 Procyon cancrivorus (raccoon) and 2 Sphiggurus spinosus (porcupine). Specific P. brasiliensis amplicons were detected in (a) several organs of the two armadillos and one guinea pig, (b) the lung and liver of the porcupine, and (c) the lungs of raccoons and grisons. P. brasiliensis infection in wild animals from endemic areas might be more common than initially postulated. Molecular techniques can be used for detecting new hosts and mapping 'hot spot' areas of PCM.