Carbon and nitrogen biogeochemical cycles in savannas are strongly regulated by the seasonal distribution of precipitation and pulses of nutrients released during the wetting of the dry soil and are critical to the dynamics of microorganisms and vegetation. The objective of this study was to investigate the spatial and temporal variability of C and N isotope ratios as indicators of the cycling of these elements in a cerrado sensu stricto area, within a protected area in a State Park in the state of São Paulo, Brazil. The foliar δ13C and δ15N values varied from -33.6 to -24.4 ‰ and -2.5 to 4.5 ‰, respectively. The δ13C values showed a consistent relationship with canopy height, revealing the importance of structure of the canopy over the C isotopic signature of the vegetation. Carbon isotopic variations associated with the length of the dry season indicated the importance of recent fixed C to the integrated isotopic signature of the leaf organic C. The studied Cerrado species showed a depleted foliar δ15N, but a wide range of foliar Nitrogen with no difference among canopy heights. However, seasonal variability was observed, with foliar δ15N values being higher in the transition period between dry and rainy seasons. The variation of the foliar C and N isotope ratios presented here was consistent with highly diverse vegetation with high energy available but low availability of water and N.

Some root parameters such as distribution, length, diameter and dry matter are inherent to plant species. Roots can influence microbial population during vegetative cycle through the rhizodeposits and, after senescence, integrating the soil organic matter pool. Since they represent labile substrates, especially regarding nitrogen, they can determine the rate of nutrient availability to the next crop cultivated under no-tillage (NT). The root systems of two crop species: maize (Zea mays L.) cultivar Cargill 909 and soybean [Glycine max (L.) Merr.] cultivar Embrapa 59, were compared in the field, and their influence on spatial distribution of the microbial C and N in a clayey-textured Typic Hapludox cultivated for 22 years under NT, at Tibagi, State of Paraná (PR), Brazil, was determined. Digital image processing and nail-plate techniques were used to evaluate 40 plots of a 80 ´ 50 ´ 3 cm soil profile. It was observed that 36% and 30% of the maize and soybeans roots, respectively, are concentrated in the 0 to 10 cm soil layer. The percent distribution of root dry matter was similar for both crops. The maize roots presented a total of 1,324 kg C ha-1 and 58 kg N ha-1, with higher root dry matter density and more roots in decomposition in the upper soil layer, decreasing with depth. The soybean roots (392 kg C ha-1 and 21 kg N ha-1) showed higher number of thinner roots and higher density per length unity compared to the maize. The maize roots enhanced microbial-C down to deeper soil layers than did the soybean roots. The microbial N presented a better correlation with the concentration of thin active roots and with roots in decomposition or in indefinite shape, possibly because of higher concentration of C and N easily assimilated by soil microorganisms.

Os incêndios constituem um distúrbio comum da estação estival nas regiões do mediterrâneo. Apesar disso, ainda não existem metodologias claras que permitam auxiliar os proprietários na gestão pós-incêndio de modo a proteger todo o ecossistema, diminuindo o risco e severidade de futuros incêndios, através da gestão do combustível da parcela. Neste trabalho, procurou-se preencher esta lacuna ao avaliar, a longo prazo, o efeito da gestão florestal convencional nos diferentes componentes (estrato arbóreo, arbustivo, herbáceo, folhada e solo) do ecossistema de sobreiral queimado. Para o efeito, compararam-se 2 sobreirais geridos e 2 não geridos, de baixa densidade arbórea e com vegetação arbustiva, após o incêndio de 2004 na Serra do Caldeirão (Almodôvar, Loulé e São Brás de Alportel). A metodologia utilizada foi a do projecto “REMAS (SO3/P4/E0954)”, no qual a presente dissertação se insere. Quantificou-se o carbono armazenado nas árvores (sobreiros), vegetação, solo e folhada bem como avaliaram-se as diferentes características físico-químicas do solo. Para isso, em pontos aleatórios de amostragem (área de parcela = 706 m2) efectuaram-se inventários florestais (n=1/parcela), transectos (n=3/parcela) e colheita de amostras de solo e folhagem (n=3/parcela). A gestão florestal pós-incêndio pareceu, de um modo geral, ter um efeito positivo. O sistema solo-planta nos sobreirais geridos apresentava mais que o dobro do carbono armazenado em todos os estratos (solo, arbustos, folhada e árvores), do que nos sobreirais não-geridos. As diferenças foram muito significativas (p-value < 0,01) nos seguintes parâmetros: Ntotal (μg/g), CTC (cmolc/kg), Mg de troca (cmolc/kg) e Na troca (cmolc/kg); e significativas no Cfolhada (t C/ha) e Clábil (g/kg). Foram ainda avaliados outros parâmetros na vegetação (Cárvore, Carbustos) e no solo (ex. Csolo, % da Fracção Fina e Grosseira do solo, pH, Condutividade eléctrica, Ctotal, Corg, P, Ca, K e C/N) mas não foram obtidas diferenças tão significativas. Os resultados indicam que a gestão convencional (descortiçamento e controlo rasteiro da vegetação arbustiva) pode duplicar o carbono total, em relação à ausência de gestão pós-incêndio; no entanto, pode considerar-se que a gestão pode aumentar o risco de incêndio (C arbustos gerido > C arbustos não gerido). A ausência de gestão permitiu aumentar a fertilidade do solo em sentido lato.

A acumulação de carbono e a manutenção das funções produtivas das florestas figuram entre os critérios para a gestão sustentável da floresta fixados nas Conferências de Helsínquia e de Lisboa. No âmbito do Programa Operacional Ciência, Tecnologia, Inovação do QCA III (POCTI) iniciou-se, em Junho de 2003, o projecto GLOBLAND (página web: http://www.isa.utl.pt/cef/globland/) que tem como objectivo principal o desenvolvimento de um modelo para a análise, ao nível da unidade de gestão, da sustentabilidade dos eucaliptais em produção de madeira e carbono acumulado. O projecto compreende 4 tarefas: 1) Modelação da produtividade da estação; 2) Melhoria do modelo empírico GLOBULUS; 3) Hibridização do modelo empírico GLOBULUS com um modelo processual; 4) Implementação do modelo híbrido ao nível da paisagem.

This paper summarizes results between 2002 and 2010 from eddy covariance measurements of carbon uptake in the 12 month annual growing period eucalypt site of Espirra in Southern Portugal (38° 38’N, 8° 36’ W) . This site, aimed for pulp production is part of an intensively 300 ha eucalypt coppice, with about 1100 trees ha–1. The climate is of Mediterranean type. During the measurement period (2002-2010) two main events changed the annual sink pattern of the forest: a drought period of two years (2004-2005) and a tree felling (November and December 2006). Before the felling, annual net ecosystem exchange (NEE) diminished from 865.56 gCm–2 in 2002 to 356.64 gCm–2 in 2005 together with a deep decrease in rainfall from 748 mm in 2002 to 378.58 mm and 396.64 mm in 2004 and 2005, respectively. The eucalypt stand recovered its carbon sink ability in June 2007 with a cumulated NEE of 151 gCm–2 from January to September 2010. A quantitative approach using generalized estimating equations (GEEs) was made to relate monthly NEE, gross primary production (GPP) and soil moisture with the main meteorological variables. Seasonal patterns of carbon uptake were almost opposite in the periods before and after the felling with maxima in April and August, respectively, and this seasonal change is gradually reversing to the pattern before 2006. Drought was the main meteorological driver of these temporal tendencies in carbon uptake.

Biomass and nutrient amounts accumulated in the above ground biomass along the rotation period of maritime pine stands of the Leiria National Forest were evaluated. Amounts of biomass and nutrients of understory were also assessed. Furthermore, mass and nutrients in organic soil layers, as well as nutrient amounts in mineral soil layers (up to 100 cm depth) were evaluated. A strong increment of above ground biomass and accumulated nutrients was observed along the rotation period, with maximum at the end. A similar increment of organic C and nutrients was also observed in the mineral soil layers in the later rotation stage, being mostly allocated to the top soil layers (0-20cm). Organic C was equally distributed by the above ground biomass and mineral soil, while N and Ca were mostly allocated to the soil. Phosphorus was largely allocated to the organic soil layers and harvest residues, and Mg and K showed an intermediate pattern. Results suggest that system disturbances associated with stand exploitation (harvesting, log removal, harvest residues removal, microclimate changes) may provoke strong variations on the organic C stock and nutrient availability. Proper site management to avoid organic matter and nutrient losses are crucial to assure system sustainability.----------------------------------Resumo Avaliou-se a biomassa e a quantidade de nutrientes da parte aérea de povoamentos de pinhal bravo da Mata Nacional de Leiria, com idades abrangendo o período da respectiva revolução, bem como da vegetação sob coberto. A massa e nutrientes das camadas orgânicas e a quantidade de nutrientes nas camadas minerais do solo, até um metro de profundidade, foram também avaliadas. Observou-se um acréscimo da biomassa da parte aérea e da quantidade de nutrientes ao longo da revolução, com os máximos no final da mesma. Nas camadas minerais do solo, observou-se semelhante acréscimo da quantidade de C orgânico e de nutrientes com o avançar da revolução, sobretudo nas camadas superficiais do solo (0-20 cm). A quantidade de C e nutrientes na vegetação sob coberto e nas camadas orgânicas representou uma fracção muito inferior à acumulada nas componentes anteriores. O C orgânico encontrase distribuído em proporção semelhante pelo solo e biomassa aérea, enquanto o N e o Caestão sobretudo acumulados no solo. O P apresenta-se em elevada proporção nas camadas orgânicas e nos resíduos de abate; o Mg e o K apresentam situação intermédia. Os resultados sugerem que as perturbações decorrentes da exploração dos povoamentos (abate, exploração, remoção de biomassa e modificações de microclima) provocam fortes variações na quantidade de C orgânico e nutrientes no sistema. A gestão apropriada dos resíduos de abate e das camadas orgânicas é crucial para minimizar a perda de matéria orgânica e de nutrientes e assegurar a sustentabilidade do sistema.

This paper presents an overview of the studies carried out between the mid-1980s and 2014 in Portugal, regarding the evaluation of soil quality within intensively managed forest systems. These studies show that the degradation of soil quality in such systems is mostly associated with the land, soil and harvest residue management schemes. Also, it was concluded that experimental results showing the short-term (one rotation scale) effects are useful for identifying the most appropriate land and residue management systems for maintaining the soil quality and thus forestry productivity and sustainability. However, these studies do not take into account all the risks and threats regarding soil degradation within the forestry activity at the land unit scale. Therefore it is necessary, on one hand, to develop long term experimental and risk assessment systems and, on the other hand, to delineate and implement soil quality monitoring systems that control soil degradation (e.g. erosion, compaction, nutrient and carbon losses) at the forest unit management scale.

This paper reports on results from eddy covariance measurements of carbon uptake and evapotranspiration in the eucalypt site of Espirra in Southern Portugal (38◦38 N, 8◦36 W). This site was included in the “Carboeurope” European network and is part of a 300 ha eucalypt forest, with about 1100 trees ha−1, intensively managed as a coppice for pulp production and characterized by a 12-month annual growing period. The climate is of Mediterranean type with a long term (1961–1990) annual average precipitation of 709mm and an annual average air temperature of 15.90 ◦C. During the measurement period (2002–2009) two main events took place, which changed the annual sink pattern of the forest: a drought period of two years (2004–2005) and a tree felling (October and November 2006). We analyzed the daily, seasonal and inter-annual variation of carbon uptake and evapotranspiration, and their relationships with the events and the variability of the main meteorological variables. Before the felling, annual net ecosystem exchange (NEE) increased from −865.56gCm−2 in 2002 to −356.64gCm−2 in 2005 together with a deep decrease in rainfall from 748mm in 2002 to 378.58mm and 396.64mm in 2004 and 2005, respectively. For the same period, seasonal patterns of carbon uptake showed maximum values in April and decreased in July–August. The eucalypt stand recovered its carbon sink ability since June 2007 and had a NEE of −209.01gCm−2 in 2009. After the felling, the carbon uptake occurred from mid-February to mid-October, following an almost opposite pattern than that of the trees in the term of their productive cycle. A quantitative approach using generalized estimating equations (GEEs) was made for the period before the felling to relate monthly NEE and GPP with accumulated photosynthetic active radiation, water vapour pressure and precipitation. In conclusion, our study showed the relevant effects of water stress and anthropogenic interventions in the daily, seasonal and annual patterns of carbon uptake, under a context of good environmental conditions for carbon sequestration.

A presente dissertação teve como objetivo avaliar o enriquecimento do solo em carbono e nutrientes com o substrato orgânico SO-MUSAMI (SO). Em seis casos de estudo estudou-se a taxa de variação anual (TVA) do carbono e as alterações nutricionais no solo.A eficácia do SO foi avaliada através de variáveis biométricas da planta e do rendimento da produção.Os quantitativos de SO/m2 aplicados variaram desde os 20 kg/m2, em culturas forrageiras, a 80 kg/m2, em culturas hortofrutícolas. Os resultados indicam TVA variando desde os 15% a 50% no primeiro ano, decrescendo nos dois anos subsequentes, com enriquecimento do solo em carbono e nutrientes no final dos 3 anos de estudo.O desenvolvimento vegetativo das culturas do maracujá e da bananeira foi classificado de excelente para os padrões culturais local e superior nos tratamentos com SO por comparação com o tratamento testemunha. A produção, função de múltiplos fatores, nos tratamentos com SO foi equivalente à testemunha na cultura do maracujá, superior na cultura da bananeira em modo de produção biológica, e classificada de excelente na cultura do ananaseiro em estufa nos dois primeiros ciclos culturais e normal no terceiro ciclo.O enriquecimento excessivo do solo em nutrientes, nomeadamente em azoto e fósforo, resultado de TVA muito elevadas, não originou disfunções no desenvolvimento vegetativo e reprodutivo das culturas testadas.O pH e a razão C/N do solo, mesmo para as doses mais elevadas de SO aplicadas, mantiveram-se no intervalo favorável à atividade microbiana.Os resultados do presente trabalho confirmam estudos anteriores e mostram que o substrato orgânico SO-MUSAMI pode ser recomendado como melhorador das caraterísticas físicas, químicas e biológicas do solo, como alternativa aos fertilizantes minerais e apropriado para o modo de produção biológica.

O principal objetivo deste estudo foi desenvolver novos sensores e biossensores eletroquímicos com propriedades analíticas melhores pelo uso de diferentes nanomateriais condutores e mediadores redox para a modificação de elétrodos, além de seu uso como elétrodo suporte para a imobilização de enzimas. Alguns dos aspetos mais relevantes na fabricação de sensores e biossensores eletroquímicos estão focados, o estado da arte em relação aos nanomateriais condutores, aos nanomateriais nanoestruturados como modificadores de elétrodos, e sobre as enzimas. Os principais fundamentos teóricos das técnicas eletroquímicas utilizadas, nomeadamente a voltametria cíclica, a voltametria de impulso diferencial e a espectroscopia de impedância eletroquímica também são descritos, bem como outras técnicas utilizadas para a caracterização das nanoestruturas, nomeadamente a microscopia eletrónica de varrimento, a microscopia eletrónica de transmissão e a difração de raios-X. Um sensor eletroquímico de fácil fabricação para a determinação de teofilina foi desenvolvido baseado em uma nova plataforma preparada pela fixação direta de nanopartículas de ouro numa rede de nanotubos de carbono de paredes múltiplas, que foi depositado sobre um elétrodo suporte de carbono vítreo. Para este efeito, os nanotubos de carbono funcionalizados dispersos em quitosana foram misturados coma uma solução coloidal de nanopartículas de ouro. As técnicas de voltametria cíclica, voltametria de impulso diferencial e espectroscopia de impedância eletroquímica foram utilizadas para caracterizar os sistemas. Sob condições experimentais otimizadas, a plataforma com as melhores propriedades sensoriais foi utilizada para a determinação de teofilina, com um limite de detecção de 90 nM. Numa segunda fase, novos sensores eletroquímicos para a detecção da tiramina, uma amina biogénica comumente encontrada em alimentos fermentados, foram desenvolvidos. Nanopartículas de ouro preparadas por um novo método de síntese verde foram misturadas com um derivado da anilina, o 8-anilino-1-naftaleno- ácido sulfónico. Eletropolimerização potenciodinâmica levou à formação de um filme polimérico com nanopartículas de ouro encapsuladas e estabilizadas, por este método simples e eficiente. Elétrodos modificados com o filme nanocompósito foram utilizados para a monitorização da tiramina por duas metodologias electroanalíticas. Na primeira, um sensor impedimétrico sensível usando um filme do polímero dopado com nanopartículas de ouro eletrodepositados sobre um elétrodo suporte de ouro foi desenvolvido. A segunda consistiu no desenvolvimento de um biossensor amperométrico com a enzima tirosinase imobilizada sobre o filme nanocompósito de polimero dopado com nanopartículas de ouro em elétrodo suporte de carbono vítreo. Ambos os tipos de sensores foram testados para a determinação de tiramina e demonstraram excelentes parâmetros analíticos. Os limites de detecção foram estimados em 0,04 µM e 0,71 µM para o sensor impedimétrico e o biossensor, respectivamente. Os limites de detecção obtidos foram similares a arquiteturas de elétrodo mais complexas encontradas na literatura. Um biossensor de inibição enzimática empregando poli(verde brilhante) como mediador foi desenvolvido para a determinação de vestígios de iões metálicos biotóxicos, Hg2+, Cd2+, Pb2+ e CrVI, por inibição enzimática. Filmes de poli (verde brilhante) foram preparados por eletropolimerização potenciodinâmica no solvente eutético etalina com adição de ácido dopante depositados sobre elétrodos de carbono vítreo modificados por nanotubos de carbono de paredes múltiplas; o melhor ácido dopante encontrado foi o ácido sulfúrico. A glucose oxidase foi imobilizada sobre estas superfícies e o novo biossensor foi utilizado com sucesso para a determinação de vestígios de catiões metálicos biotóxicos, com limites de detecção nanomolares e inferiores aos descritos na literatura, aproximadamente 2 nM para todos os iões metálicos. O mecanismo de inibição enzimática reversível foi investigado. A tinta fenazínica azul de cresil brilhante também foi eletropolimerizada no solvente eutético etalina sobre elétrodos de carbono vítreo modificados por nanotubos de carbono de paredes múltiplas, em diferentes condições experimentais de acido dopante, pH e modo de deposição (potenciostática ou potenciodinâmica). Sob as melhores condições experimentais, o novo filme nanocompósito desenvolvido foi testado como electrodo suporte para a imobilização das enzimas glucose oxidase, tirosinase e colina oxidase, apresentando excelente desempenho como biosensores para a determinação de glicose, catecol e colina e para o pesticida diclorvos (este por inibição da colina oxidase), respectivamente. Os limites de deteção obtidos foram de 2,6 µM, 3,9 µM, 1,55 µM e 1,6 nM, respectivamente. Estes limites de detecção baixos demonstram que o novo filme nanocompósito proposta é muito promissor para futuras aplicações em biossensores eletroquímicos enzimáticos. As conclusões resumem os principais resultados obtidos e vantagens das plataformas utilizadas como sensores e biosensores baseadas em superfícies nanoestruturadas desenvolvidas neste trabalho. Alguns tópicos importantes e direções futuras relacionados com este trabalho são indicados.