Sensitivity of wetland methane emissions to model assumptions: application and model testing against site observations

Abstract. Methane emissions from natural wetlands and rice paddies constitute a large proportion of atmospheric methane, but the magnitude and year-to-year variation of these methane sources is still unpredictable. Here we describe and evaluate the integration of a methane biogeochemical model (CLM4Me; Riley et al., 2011) into the Community Land Model 4.0 (CLM4CN) in order to better explain spatial and temporal variations in methane emissions. We test new functions for soil pH and redox potential that impact microbial methane production in soils. We also constrain aerenchyma in plants in always-inundated areas in order to better represent wetland vegetation. Satellite inundated fraction is explicitly prescribed in the model because there are large differences between simulated fractional inundation and satellite observations. A rice paddy module is also incorporated into the model, where the fraction of land used for rice production is explicitly prescribed. The model is evaluated at the site level with vegetation cover and water table prescribed from measurements. Explicit site level evaluations of simulated methane emissions are quite different than evaluating the grid cell averaged emissions against available measurements. Using a baseline set of parameter values, our model-estimated average global wetland emissions for the period 1993–2004 were 256 Tg CH4 yr−1, and rice paddy emissions in the year 2000 were 42 Tg CH4 yr−1. Tropical wetlands contributed 201 Tg CH4 yr−1, or 78 % of the global wetland flux. Northern latitude (>50 N) systems contributed 12 Tg CH4 yr−1. We expect this latter number may be an underestimate due to the low high-latitude inundated area captured by satellites and unrealistically low high-latitude productivity and soil carbon predicted by CLM4. Sensitivity analysis showed a large range (150–346 Tg CH4 yr−1) in predicted global methane emissions. The large range was sensitive to: (1) the amount of methane transported through aerenchyma, (2) soil pH (± 100 Tg CH4 yr−1), and (3) redox inhibition (± 45 Tg CH4 yr−1).

Plasticidade anatômica da folha de taro cultivado sob diferentes condições de sombreamento

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Cálcio e o desenvolvimento de aerênquimas e atividade de celulase em plântulas de milho submetidas a hipoxia

A formação de aerênquimas é conhecida como uma das mais importantes adaptações anatômicas pelas quais as plantas passam quando são submetidas à deficiência de oxigênio. Esse tecido se desenvolve pela ação de enzimas de degradação ou afrouxamento da parede celular. Este trabalho foi conduzido com o objetivo de verificar o desenvolvimento de aerênquima em plântulas de milho cv. Saracura- BRS 4154, submetidas à hipoxia. Associou-se, ao desenvolvimento dessa estrutura, a atividade da celulase. Para tanto, plântulas com 4 dias de idade foram submetidas aos tratamentos de hipoxia, pela imersão em tampão de alagamento, na ausência e presença de cálcio. Após 0, 1, 2, 3 e 4 dias da aplicação dos tratamentos, foram feitos cortes anatômicos na região apical dos coleóptiles e na região intermediária da raiz para a avaliação da formação de aerênquimas, e coletado o material para os ensaios enzimáticos de celulase. A atividade celulase foi medida através de método viscosimétrico. Nas raízes, a formação de aerênquima aumentou logo após a hipoxia e atingiu 50% do total do córtex ao quarto dia de hipoxia. Este órgão apresentou uma área cortical com aerênquima em média sete vezes maior que nos coleóptiles, onde a área de espaços intercelulares atingiu 15% do córtex. A atividade da celulase em coleóptiles e raízes sofreu, inicialmente, um decréscimo devido ao estresse, aumentando em seguida, acompanhando os resultados de aerênquima. Na presença de cálcio o desenvolvimento de aerênquima foi inibido; no entanto, a atividade enzimática foi induzida.

Adaptações morfoanatômicas de Cyperaceae ao ambiente aquático

No ecossistema aquático há uma faixa de umidade gradiente no solo que interfere diretamente na ocupação das espécies à margem da lâmina de água. Essa zonação ecológica reflete os graus de adaptação que as plantas apresentam para tolerar o alagamento ou a dessecação. O presente trabalho visou apresentar a análise morfoanatômica de cinco espécies de Cyperaceae encontradas em diferentes zonas no entorno da represa Alagados, em Ponta Grossa-PR, Brasil: Cyperus giganteus, Rhynchospora corymbosa var. aspérula, Cyperus densicaespitosus, Cyperus rigens e Eleocharis sp. Estruturas caulinares e foliares das cinco espécies de Cyperaceae foram analisadas a partir de cortes histológicos. Concluiu-se que, das cinco plantas analisadas, somente três caracterizam-se como plantas aquáticas, sendo duas classificadas como plantas emergentes e uma como submersa fixa devido às características adaptativas que apresentam para obter sucesso nesse ambiente.

Evidence of ecotypic differentiation between populations of the tree species Parapiptadenia rigida due to flooding

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Caracterização anatômica e fitoquímica de folhas e rizomas de Hedychium coronarium J. König (Zingiberaceae)

Devido a grande potencialidade na utilização de Hedychium coronarium, na medicina popular e também como biorremediadora no tratamento de efluentes, objetivou-se uma diagnose dos órgãos, folha e rizoma, para elucidar resultados estruturais e fitoquímicos. A folha é anfiestomática, com predominância de estômatos na face abaxial. em ambas as superfícies foliares há projeções de cera epicuticular sobre as paredes anticlinais das células epidérmicas. O mesofilo dorsiventral apresenta hipoderme multisseriada (3 camadas) em ambos os lados. O parênquima clorofiliano é diferenciado em paliçádico (1-2 camadas) e lacunoso (4-5 camadas) com muitos espaços intercelulares e ocorrência de idioblastos cristalíferos. Na nervura central, o aerênquima ocorre em único arco na região abaxial. Os feixes vasculares distribuem-se aleatoriamente e são de diferentes tamanhos, pequenos, médios e grandes, envolvidos por fibras. Os feixes menores localizam-se no lado abaxial da nervura. A triagem fitoquímica das folhas mostrou a presença de saponinas e ausência de taninos, antraquinonas, alcalóides e flavonóides. Por meio de Cromatografia em Camada Delgada foram identificadas as presenças de cariofileno e mirceno no óleo essencial bruto obtido a partir das folhas de H. coronarium.

Alterações anatômicas foliares em plantas de Brachiaria subquadripara submetidas à aplicação de herbicidas

O presente trabalho teve por objetivo avaliar a eficiência do controle dos herbicidas diquat, glyphosate e imazapyr e as alterações anatômicas do limbo foliar provocadas por eles em plantas de Brachiaria subquadripara. As plantas foram cultivadas em caixas-d'água sob condições de campo e, quando atingiram estádio de pleno desenvolvimento vegetativo, foram pulverizadas com soluções de diquat a 400 g ha-1, glyphosate a 4.320 g ha-1 em associação com o adjuvante Aterbane a 0,5% v v-1 e imazapyr a 750 g ha-1. Além disso, utilizou-se uma testemunha sem aplicação de herbicida. Foram realizadas avaliações de controle e das seguintes características anatômicas quantitativas das regiões da nervura central e da internervural do limbo foliar, além da região do colmo: porcentagem da epiderme adaxial e abaxial, porcentagem da endoderme, porcentagem do feixe vascular, porcentagem de lacunas do aerênquima, porcentagem de parênquima, espessura foliar, porcentagem da epiderme do colmo, porcentagem do câmbio vascular e diâmetro do colmo. Os herbicidas diquat e imazapyr promoveram o maior número de alterações nos caracteres anatômicos quantitativos das regiões da nervura central e internervural do limbo foliar e da região do colmo das plantas. Contudo, com exceção do diquat, os herbicidas foram eficientes no controle das plantas de B. subquadripara, porém todos eles permitiram a rebrota delas.

Alterações anatômicas foliares em Eichhornia crassipes submetidas à aplicação de herbicidas

O presente trabalho teve por objetivo avaliar a eficiência do controle dos herbicidas 2,4-D, diquat e glyphosate e as alterações anatômicas do limbo foliar provocadas pelos produtos em plantas de Eichhornia crassipes, coletadas nos reservatórios do complexo CESP. As plantas foram cultivadas em caixas-d'água sob condições de campo e, quando atingiram estádio de pleno desenvolvimento vegetativo, foram pulverizadas com soluções de diquat a 400 g i.a.ha-1, 2,4-D a 1.340 g e.a. ha-1 e glyphosate a 4.320 g e.a. ha-1 em associação com o adjuvante Silwet L-77 a 0,01% v v-1. Foi utilizada uma testemunha sem aplicação de herbicida. A seguir, foram realizadas avaliações de controle e das seguintes características anatômicas quantitativas das regiões da nervura central e da internervural do limbo foliar: porcentagem da epiderme adaxial e abaxial, porcentagem da endoderme, porcentagem do feixe vascular, porcentagem de lacunas do aerênquima, porcentagem de parênquima e espessura foliar (µm). Com base nos resultados, os principais caracteres anatômicos quantitativos das regiões da nervura central e internervural do limbo foliar que sofreram alterações após a aplicação dos herbicidas foram a porcentagem da epiderme adaxial, a porcentagem da endoderme e a espessura foliar. Os herbicidas diquat e 2,4-D foram os que mais promoveram alterações nos caracteres anatômicos quantitativos das regiões da nervura central e internervural do limbo foliar das plantas de E. crassipes. Apenas o glyphosate apresentou controle de 100% das plantas aos 22 dias após a aplicação, quando comparado com o observado na testemunha sem herbicida.

Diferenciação de espécies daninhas aquáticas pela análise multivariada de caracteres estruturais foliares

Algumas espécies de plantas aquáticas têm-se tornado problemáticas em reservatórios hidrelétricos no Brasil, devido a sua grande capacidade de reprodução. O objetivo destes trabalho foi diferenciar Brachiaria mutica, Brachiaria subquadripara, Panicum repens, Eichhornia crassipes, Heteranthera reniformis, Typha ubulata e Enhydra anagallis, utilizando-se 19 caracteres estruturais quantitativos do limbo foliar, que se relacionassem com a penetração e translocação de herbicidas. Amostras do terço médio do limbo foram fixadas em FAA 50, cortadas transversalmente em micrótomo com 8 mm de espessura e coradas com azul-de-toluidina. Foram quantificados (%) os seguintes caracteres estruturais da nervura central (NC) e da região internervural (IN): epidermes adaxial e abaxial, feixe vascular, bainha do feixe vascular, esclerênquima, parênquima e lacunas do aerênquima, além da espessura da folha, do número de estômatos e do número de tricomas nas faces adaxial e abaxial. Os 19 caracteres estruturais foram submetidos à Análise de Agrupamento e Análise de Componentes Principais. Houve a formação de três grupos principais: grupo 1 B. mutica, B. subquadripara e P. repens (Poaceae); grupo 2 E. crassipes e H. reniformis (Pontederiaceae) e E. anagallis (Asteraceae); e grupo 3 apenas T. subulata (Typhaceae). Os caracteres com maior poder discriminatório foram: porcentagem de epiderme adaxial (IN); porcentagem de epiderme abaxial; feixe vascular; bainha do feixe vascular; esclerênquima e lacunas do aerênquima (NC e IN); espessura da folha e número de estômatos das faces adaxial e abaxial. Concluiu-se que os caracteres estruturais quantitativos permitiram diferenciar essas espécies daninhas aquáticas em fase vegetativa.

Pericarp structure in Banisteriopsis CBRob. and Diplopterys A.Juss. (Malpighiaceae): new data supporting generic segregation

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Respostas morfológicas em Guibourtia hymenifolia (Moric.) J. Leonard (Fabaceae) e Genipa americana L. (Rubiaceae), submetidas ao estresse por deficiência nutricional e alagamento do substrato

Foram estudadas as respostas plásticas em duas espécies nativas. em G. hymenifolia, não foram verificadas modificações morfológicas significativas, exceto quanto ao conteúdo de amido de reserva, que foram menores nos lotes capacidade de campo desnutrido (CCD) e alagamento desnutrido (ALD). em Genipa americana os indivíduos do lote (CCN - capacidade de campo nutrido) exibiram raízes adventícias com aerênquima distinto, mais freqüentes nas plantas do lote controle submetidas ao alagamento (ALN - alagado nutrido). Nessa última espécie, nos lotes ALN, verificou-se o surgimento de aerênquima lisógeno no caule, além da hipertrofia lenticelar. A diversidade de respostas às condições de alagamento, aliada à uma larga ocorrência de populações de Genipa americana em áreas sazonalmente inundadas, como por exemplo no Pantanal de Miranda-MS, sugere um complexo de interações entre caractes adaptativos morfológicos e fisiológicos, sendo o potencial gênico fundamental neste tipo de resposta.

Structural variations among monocot emergent and amphibious species from lakes of the semi-arid region of Bahia, Brazil

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Anatomia de raízes de Actinocephalus (Koern.) Sano (Eriocaulaceae)

Estudou-se a anatomia de raízes de 27 espécimes de 13 espécies de Actinocephalus (Koern.) Sano que ocorrem nos campos rupestres brasileiros. As raízes de todos os espécimes estudados caracterizam-se por apresentar: epiderme unisseriada, com pêlos radiculares em grupos ou isolados; córtex com células isodiamétricas, com exceção daquelas localizadas mais internamente, que são menores e apresentam paredes espessadas; endoderme unisseriada, com células de paredes pouco ou totalmente espessadas, alongadas no sentido radial; periciclo formado por uma camada de células de paredes finas ou espessadas e cilindro vascular com elementos do metaxilema ocupando a posição central. A presença de córtex constituído por células isodiamétricas, sem aerênquima; epiderme e parênquima cortical com protuberâncias intracelulares associadas com fungos; são características consistentes para o gênero e corroboram a sua recente circunscrição. As raízes apresentam estruturas anatômicas semelhantes àquelas das espécies de Eriocaulaceae que ocorrem em solos secos, apesar de muitos indivíduos ocorrerem em solos úmidos, próximos a riachos.

Anatomia quantitativa e degradação in vitro de tecidos em cultivares de capim-elefante (Pennisetum purpureum Schumach.)

Neste trabalho quantificaram-se as principais alterações histológicas ocorridas em cultivares de capim-elefante (Pennisetumpurpureum Schumach.), em três estádios de desenvolvimento. A degradação dos tecidos foi avaliada após incubação em líquido ruminal de bovinos. As porcentagens de tecidos presentes em colmo, quilha, limbo e bainha foliares foram determinadas. A quilha e o colmo apresentaram maior proporção de tecido lignificado, enquanto o limbo foliar, maior quantidade de tecido epidérmico e tecido vascular não-lignificado. O tecido parenquimático foi encontrado em menor proporção na bainha foliar, principalmente pela presença do aerênquima, a partir da segunda coleta. A proporção de tecido lignificado aumentou com a maturidade do vegetal, sendo mais acentuado em colmos e limbos. Entre as principais alterações, destaca-se a grande área de degradação encontrada na bainha foliar, mesmo com o envelhecimento dos tecidos. Isto foi associado à presença do aerênquima encontrado nos estádios de desenvolvimento mais avançados. Os estômatos favoreceram a penetração dos microorganismos nos tecidos mais internos da folha (mesofilo). O espessamento e a lignificação da parede celular ocorreram com o envelhecimento das plantas, acompanhado de redução na área de degradação dos tecidos.

Structural organization in leaf blade and sheath of elephant-grass cultivars (Pennisetum purpureum Schum. - POACEAE).

Elephant-grass is known as a great feed to dairy and beef cattle at tropical regions. Its agricultural aspects have been very observed. However, its botanical, mainly anatomical characteristics, are few studied. The objective of this work was to investigate the anatomical changes occurred in leaves (leaf blades and sheaths) of three elephant-grass cultivars (Pennisetum purpureum Schum. cultivar Roxo, EMPASC 307 Testo and EMPASC 309 Areia) at three stages of physiological maturity (4, 8 and 16 weeks after sprouting). In general, the three cultivars presented similar anatomy. A unique feature, the presence of aerenchyma was found in the leaf sheath of all three cultivars, at the second harvest (a weeks).