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A identificação de atributos funcionais de colêmbolos associada com sua caracterização taxonômica responde aos impactos causados por mudanças de uso e manejo, além de terem um efeito sobre os processos funcionais do solo. Além disso, a descrição de atributos funcionais visa também atender o crescente interesse de investigar mecanismos relacionados com os processos de montagem de comunidade, tais como a convergência e divergência de atributos funcionais. Este trabalho teve três objetivos: 1) investigar a composição e estrutura de comunidades de colêmbolos em relação a alterações de uso do solo e diferentes ofertas de forragem através de uma abordagem funcional e taxonômica; 2) avaliar a existência de filtros ambientais e diferenciação de nichos dentro das comunidades; 3) avaliar o efeito de diferentes grupos funcionais dos colêmbolos no funcionamento do solo. Para isto, foram realizamos três estudos, sendo avaliados no primeiro estudo diferentes usos do solo (mata, campo e eucalipto) e no segundo estudo quatro níveis de ofertas de forragem. Como resultado principal de ambos os estudos, observamos que os de índices taxonômicos, tais como riqueza e diversidade de espécies, podem apresentar padrões diferentes dos índices funcionais, porém ambas as abordagens foram sensíveis aos tratamentos avaliados. De modo geral, o aumento da riqueza e diversidade de colêmbolos não é diretamente relacionado com o aumento da diversidade funcional. Também foi observado em ambos os estudos que a composição e estrutura das comunidades de colêmbolos foram afetadas significativamente pela existência de um filtro ambiental e pela diferenciação de nicho ecológico, uma vez que observamos convergência e divergência de atributos funcionais significativamente relacionados com os gradientes estudados. O terceiro estudo, realizado em condições de microcosmos, consistiram em 6 tratamentos e um controle, sendo os tratamento a combinação de diferentes grupos funcionais de colêmbolos. De modo geral, os resultados mostram que a presença de colêmbolos não afetou significativamente o tamanho da comunidade microbiana do solo, porém estimulou a mineralização de C e N. A presença de apenas um grupo funcional de colêmbolos estimulou a atividade microbiana, sendo estes significativamente diferentes do tratamento controle. Estas diferenças são ainda maiores quando há duas e três grupos funcionais no mesmo microcosmo. O estímulo sobre a comunidade microbiana possivelmente deve-se aos diferentes nichos ocupados pelos colêmbolos dentro do solo, pelas modificações na composição microbiana e pela redistribuição de nutrientes no interior do solo. Palavra-chave: colêmbolos; filtro ambiental; interação biológica; regras de montagem; campos; uso do solo; grupo funcional; atributo funcional; convergência de atributos; divergência de atributos. Traits-based approach (functional traits) associated with taxonomical description in collembolan communities can response to environmental changes and have a directly effect on soil functioning. Furthermore, trait-based approach also aims to attend the growing interest in investigating mechanisms that are related to assembly process in communities, such as trait-convergence and trait-divergence assembly patterns. This work was three objective: 1) investigating the composition and structure of Collembola communities regarding environmental changes in soil and litter induced by land-use and grassland management using both taxonomic and functional approaches; 2) assessing the existence of environmental filtering and biotic interaction within collembolan communities; 3) evaluating the effect of three collembolan life-form on soil functioning. To this, we carried out three studies to investigate these objectives which two of them was carried out in three land-uses types (study 1) and four herbage allowance (study 2).The results of the studies 1 and 2 showed that taxonomic indices such as richness and taxonomical diversity and functional indices can have different patterns in collembolan communities, but both approaches are sensitive to the treatments evaluated. In general, increasing the richness and diversity of collembola was not directly related with the increase of the functional diversity. We also observed in both studies the composition and structure of Collembolan communities are significantly affected by the existence of an environmental filtering and biotic interaction, since we observed significantly trait-convergence and trait- divergence related to ecological gradients tested. Our findings show that functional traits provide a better understanding of the response of communities to biotic and abiotic changes. The third study was carried out in microcosm conditions and consisted of 6 different combinations of collembolan life-form. Overall, our results showed that collembolan life-forms did not significantly affect microbial biomass but collembolan life-forms affected microbial activities. The presence of only one life-form stimulated C and N mineralization regarding to their CO2 and enzymatic activities, but these stimulations were higher when there was two or three life-forms in the same microcosm. We suggest that stimulation on the microbial community is due to different niches occupied by each collembolan life-form, the changes on microbial composition and redistribution of nutrients in the soil.

Resumo: A matéria orgânica do solo (MOS) é vista pela comunidade científica como o indicador ideal para avaliar e monitorar a qualidade do solo, considerando a sua influência sobre os processos biológicos, físicos e químicos, dando condições para que o solo exerça suas funções no ambiente. Sistemas de culturas em plantio direto com variação no número e na alternância de espécies vegetais na rotação podem alterar a qualidade do solo por afetar os estoques de C e N nos compartimentos físicos da MOS e os atributos microbiológicos do solo. A variação de plantas afeta a qualidade do solo devido alterações na quantidade, qualidade e forma de adição da matéria orgânica. Visando identificar alterações na qualidade do solo em diferentes sistemas de culturas em plantio direto, este estudo foi conduzido em experimento instalado há 21 anos na Estação Experimental da Fundação ABC de Ponta Grossa/PR, sobre Latossolo Vermelho Distrófico típico com delineamento experimental de blocos ao acaso com quatro repetições e seis sistemas de culturas: TR-SO; ER-MI-AV-SO-TR-SO; ER-MI-TR-SO; AV-MI-TR-SO; AZ-MI-AZ-SO; AL-MI, sendo TR: Trigo (Triticum aestivum L.); SO: soja (Glycine max L.); ER: ervilhaca (Vicia villosa Roth); MI: milho (Zea mays L.); AV: aveia (Avena strigosa Schreb.); AZ: azevém (Lolium multiflorum Lam.); AL: alfafa (Medicago sativa L.). Foram determinados os estoques de C e N totais e C e N nas frações > e < 53 ?m, nas camadas de 0-5; 5-10; 10-20 cm, em outubro de 2010. Para avaliação de atributos microbiológicos, os teores de C e N da biomassa microbiana, respiração basal do solo e mineralização de C e N da matéria orgânica foram determinadoss na camada de 0-5 cm, em novembro de 2010 e junho de 2011. Os resultados foram submetidos à análise de variância e, quando significativos, ao teste de médias Tukey a 5% de probabilidade. A qualidade do solo foi superior no sistema AL-MI, pois apresentou o maior estoque de NT (1,64 Mg ha-1) e de C e N na fração > 53?m (6,84 e 0,52 Mg ha-1, respectivamente), na camada de 0-5 cm, enquanto que o sistema referência TR-SO apresentou 1,33 Mg ha-1 de NT e 5,56 e 0,41 Mg ha-1 de C e N da fração >53?m, respectivamente. Isto ocorreu devido à elevada adição de C e N no solo pelo sistema AL-MI, principalmente devido a maior contribuição das raízes. Pela avaliação dos atributos microbiológicos, não houve diferença na qualidade do solo, pois, no geral, os sistemas apresentaram a mesma capacidade de reserva de C e N na biomassa microbiana, com variação de 529,98 a 595,97 mg kg-1 na primavera e de 332,72 a 401,75 mg kg-1 no outono, os mesmos níveis de atividade, com variação de 1,42 a 1,58 mg C-CO2 kg-1 h-1 na primavera e de 0,63 a 1,00 mg C-CO2 kg-1 h-1 no outono e a mesma eficiência de utilização das fontes de energia e nutrientes do solo com variação de 2,60 a 3,15 mg C-CO2 g-1 Cmic h-1 na primavera e de 2,01 a 2,78 mg C-CO2 g-1 Cmic h-1 no outono. Esses resultados justificam-se porque os sistemas apresentam características similares nas condições de ambiente edáfico, como os teores de C e N e as propriedades físicas (umidade, densidade e granulometria) e químicas do solo (pH e macronutrientes). Conclui-se que há alteração na qualidade do solo em diferentes sistemas de culturas em plantio direto com variação no número e alternânia de plantas na rotação, devido aos diferentes estoques de C e N nos compartimentos físicos da MOS.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq As perspectivas de aumento da população mundial exigem que a produção de alimentos seja potencializada e melhor distribuída pelo mundo. Uma alternativa sustentável para alcançar altas produções de alimentos é o uso eficiente das áreas já cultivadas. O fósforo (P) é um nutriente essencial para a produção vegetal e suas reservas naturais estão ameaçadas de esgotamento em um futuro próximo. Assim, este trabalho se insere no cenário de aumento da eficiência de fertilizantes, aumento da produção agrícola e manutenção do equilíbrio dinâmico de nutrientes visando a sustentabilidade dos sistemas agrícolas, segurança alimentar e mitigação de mudanças climáticas. Portanto, o objetivo principal desta tese foi estabelecer uma estratégia mais eficaz de fertilização com P no aumento da produção de forragem, manutenção da comunidade de plantas e uso eficiente de P. Bem como, testar o efeito de sistemas de manejo na disponibilidade e esgotamento de P do solo e sua estequiometria com carbono e nitrogênio no solo. Para atingir nossos objetivos, analisamos dois experimentos de longo prazo. O primeiro foi estabelecido em 1997 em uma pastagem natural do bioma Pampa, Rio Grande do Sul, Brasil. O solo da área experimental é pobre em fósforo, com baixos teores totais e disponíveis de P. Neste local foi avaliado o desempenho de diferentes fontes de P por meio do histórico de produção de matéria seca, eficiência de uso de P, alterações botânicas da vegetação, disponibilidade de P no solo e dinâmica das diferentes frações de P do solo. O segundo experimento foi estabelecido em 2005 em um solo agrícola antropizado situado em Lusignan, França. O solo experimental possui altos estoques de P total e disponível devido ao histórico de fertilização anteriores ao experimento. Neste local foi analisado o efeito de longo prazo de dois sistemas de manejo (lavoura permanente e pastagem permanente) por meio da exportação de P, redução do estoque de P, C e N do solo, redução da disponibilidade de P, mudanças na estequiometria C:N:P do solo, alterações nos teores de P contidos na biomassa microbiana do solo e alteração na estequiometria C:N:P e disponibilidade de P em diferentes tamanhos dos agregados do solo. Com isso concluímos que em solos com baixo estoque de P, o uso de fontes solúvel de P (como superfosfato simples e triplo) associado à calagem é a melhor estratégia para melhorar a produção de matéria seca e a eficiência do uso de P no campo nativo do bioma Pampa. 21 Esses fertilizantes levam a uma pequena mudança na riqueza de espécies. Entretanto, houve maior substituição de espécies, principalmente gramíneas tussock e forbes e aumento na contribuição de leguminosas para a produção de forragem. Para manter o rendimento de matéria seca, é necessário um aporte regular de fósforo com no máximo três anos de intervalo. O uso de fosfato natural não melhorou as condições de fertilidade e produção de matéria seca de forma satisfatória. No solo com alto estoque de P, o cultivo permanente de pastagem proporcionou maior redução dos estoques totais e lábeis de P devido à sua maior capacidade de exportar P em comparação ao cultivo permanente com culturas anuais. Esse comportamento proporcionou uma redução nos valores da relação C:N:Po e, consequentemente, um acoplamento entre os ciclos C, N e P no solo. Além disso, observamos que o Pmic é um importante reservatório de P biodisponível em ambos os sistemas de manejo e é responsável por até 47% do conteúdo de P biodisponível (P Olsen) no sistema de manejo com culturas anuais. Pela técnica de 31P-RMN foi observado que o cultivo permanente de pastagem teve um efeito mais significativo na redução do α-glicerofosfato e no aumento de mio-IHP e de monofosfato de adenosina do que culturas anuais. The prospect of world population increases requires that the production of food to be potentialized and better distributed around the world. One sustainable alternative to achieve high food production is an efficient use of the areas already cultivated. In this sense, appropriated management of nutritional inputs and soil management systems are fundamentals. Phosphorus (P) is an essential nutrient for plant production whose natural reserves are threatened with depletion in the coming decades. Thus, this work is placed in the scenario of increasing fertilizer efficiency, raising agricultural production, and maintaining the dynamic balance of nutrients aiming at the sustainability of agricultural systems, food security and reduction of climate change. Therefore, the main objective of this These was establishing a more effective strategy of P fertilization on increase forage production, maintenance of plant community and efficiency use of P. As well as, testing the effect of soil management systems on soil P availability and depletion and their stoichiometry with carbon and nitrogen. To achieve our objectives, we analyzed two long-term experiments. The first one was established in 1997 in a natural grassland of Pampa biome, Rio Grande do Sul, Brazil. The soil of this experiment is a phosphorus-poor soil with low total and available P stocks. In this site the effect different P sources were tested by analysing historical dry-matter production, P use efficiency and botanical changes, as well soil P availability and P pools dynamic. The second one was established in 2005 in an agricultural soil situated in l’ORE ACBB at l’INRAE - Lusignan, France. The experimental soil had high total and available P stocks due to an historic fertilization before experiment. The studies on this site were focused on the long term effect of two management systems (permanent cropland and permanent grassland) by field, P exportation, soil P, C and N total stocks depletion, P availability depletion and changes in soil C:N:P stoichiometry. The dynamic of P in soil microbial biomass and alteration of P, C and N coupling in soil aggregate sizes. We concluded that the use of soluble P sources (such as simple and triple superphosphate) associated with liming is a better strategy to improve dry matter production and P use efficiency in Pampa grassland. These fertilizers lead to a small change in species richness; however, there was higher species turnover, mainly in the tussock grass and forbs groups and in the legume contribution to forage production. To maintain dry matter yield, a regular phosphorus input with no more than three years is necessary. Though, the use of natural phosphates (phosphate rocks) did not improve fertility conditions and dry matter production satisfactorily due to their long term non dissolution (more than six years). In soil with high P stock, permanent grassland provided a greater depletion of total and P-labile stocks. As well, permanent grassland supports a transformation from inorganic P to organic P in the most labile pool, accompanying the increase of C and N stocks in the soil. Additionally, we observed that the Pmic is an important bioavailable P pool in both management systems and accounted for up to 47% of the available P content (P Olsen) in a permanent cropland system. By 31P-NMR technique was observed that permanent grassland had a more significant effect in reducing α–glycerophosphate and increasing myo-IHP and adenosine monophosphate than permanent cropland. La perspective d'une augmentation de la population mondiale implique que la production alimentaire soit améliorée et mieux répartie dans le monde. Une alternative durable pour atteindre une production alimentaire élevée est une utilisation efficace des surfaces déjà cultivées. Le phosphore (P) est un élément nutritif essentiel à la production végétale dont les réserves naturelles sont menacées d'épuisement dans les prochaines décennies. Ainsi, ce travail s'inscrit dans le scénario d'augmentation de l'efficacité des engrais et de la production agricole et de maintien de l'équilibre dynamique des nutriments en visant la durabilité des systèmes agricoles, la sécurité alimentaire et la réduction du changement climatique. Par conséquent, l'objectif principal de ces travaux était d'établir une stratégie plus efficace de fertilisation au P pour augmenter la production de fourrage, le maintien de la communauté végétale et l'utilisation efficace du P. De même, nous avons testé l'effet des systèmes de gestion du sol sur la disponibilité et l'épuisement du P dans le sol et sa stoechiométrie avec le carbone et l'azote. Pour atteindre nos objectifs, nous avons analysé deux expériences de long terme. La première a été établie en 1997 dans une prairie naturelle du biome de la Pampa dans l’état du Rio Grande do Sul au Brésil. Le sol du site expérimental est un sol avec de faibles stocks de P total et disponible. Sur ce site, l’effet de différentes sources de P a été testé sur la production de matière sèche, l'efficacité de l'utilisation du P par les plantes et les changements botaniques. Le second site, établi en 2005, est situé sur le site expérimental de l’ORE ACBB de l’INRAE de Lusignan en France. Le sol du site expérimental présentait des stocks élevés de P total et disponible en raison d'une fertilisation historique avant l'expérience. Aucune fertilisation P n’a été réalisée depuis l’installation du site expérimental. Sur ce site, l'effet à long terme de deux systèmes de gestion (culture permanente et prairie permanente) a été mesuré par l'exportation de P, l'épuisement des stocks totaux de P, C et N du sol, le suivi de la disponibilité du P et les changements dans la stoechiométrie C:N:P du sol. La dynamique du P dans la biomasse microbienne du sol et les modifications du couplage P, C et N dans la taille des agrégats du sol ont également été suivies. Nous avons conclu que l'utilisation de sources de P soluble (comme le superphosphate simple et triple) associée au chaulage est une meilleure stratégie pour améliorer la production de matière sèche et l'efficacité d'utilisation du P dans les prairies de la Pampa. Ces engrais ont entraîné un léger changement dans la richesse des espèces ; cependant, il y a eu un plus grand renouvellement des espèces, principalement dans les groupes de graminées et de plantes fourragères et dans la contribution des légumineuses à la production de fourrage. Pour maintenir le rendement en matière sèche, un apport régulier de P, ne dépassant pas trois ans, est nécessaire. L'utilisation de phosphates naturels (roches phosphatées) n'a pas permis d'améliorer la fertilité et la production de matière sèche de manière satisfaisante en raison de leur non-dissolution à long terme (plus de six ans). D'autre part, les prairies permanentes ont entraîné un plus grand épuisement des stocks totaux et P-labile en comparaison des cultures permanentes. De même, les prairies permanentes ont favorisé une transformation du P inorganique en P organique dans le pool le plus labile, accompagnant l'augmentation des stocks de C et de N dans le sol. La technique RMN 31P a permis d'observer que les prairies permanentes avaient un effet plus significatif sur la réduction de l'α-glycérophosphate et l'augmentation du myo-IHP et de l'adénosine monophosphate que les terres cultivées permanentes.

O florestamento de campos nativos com espécies exóticas de rápido crescimento (silvicultura) é a categoria de mudanças do uso da terra que mais cresceu nos últimos anos no bioma Pampa. Estudos ao redor do mundo têm demonstrado efeitos negativos deste tipo de cultivo sobre a biodiversidade. Entretanto, informações sobre os efeitos nas comunidades do solo ainda são escassas. Os organismos que vivem no solo são extremamente diversos e participam de uma vasta gama de processos ecossistêmicos que dão origem a serviços ecossistêmicos essenciais, tais como estoque de carbono, regulação do ciclo da água e produção de alimentos. Portanto, solos diversos são saudáveis e apresentam elevada funcionalidade, promovendo o funcionamento dos ecossistemas e o bem-estar humano. Diante desse contexto, nesta dissertação objetivamos investigar os efeitos da conversão de campos nativos do bioma Pampa em plantações de Eucalipto sobre a microbiota e a fauna do solo (grupo modelo: Collembola) considerados indicadores da funcionalidade do solo. O estudo foi desenvolvido em 20 unidades amostrais pareadas no bioma Pampa (10 campos nativos e 10 plantações de Eucalipto) distribuídos em quatro municípios no estado do Rio Grande do Sul. Em cada unidade amostral foi estabelecida uma transecção de 250 m onde foi coletado solo na camada de 0-5 cm. Metade das amostras foram utilizadas para determinação do pH e umidade gravimétrica do solo e do tamanho e atividade da comunidade microbiana (respiração basal do solo e atividade enzimática). A temperatura do solo e a riqueza de plantas foram mensuradas in situ. A outra metade foi utilizado para extração (14 dias) de colêmbolos pelo método de funis de Berlese- Tüllgren, que foram identificados e descritos quanto á seus atributos funcionais. Os efeitos da mudança no uso da terra foram testados através de modelos lineares mistos generalizados. Nossos resultados demonstram que a conversão levou à redução da riqueza da comunidade de plantas, o que tende a diminuir a diversidade e qualidade da serapilheira que entra nas cadeias tróficas do solo. Este efeito, associado ao solo mais ácido e seco das plantações, pode explicar a drástica redução observada do tamanho e atividade da comunidade microbiana, o que pode comprometer as funções relacionadas a ciclagem do carbono e nitrogênio, como a decomposição, fertilidade do solo e estoque de carbono. A comunidade de colêmbolos apresentou menor riqueza total e sua composição taxonômica e funcional foram alteradas com a conversão, o que pode resultar em mudanças nas teias alimentares. Além disso, apesar de um aumento na diversidade funcional de colêmbolos nas plantações com o incremento de atributos adaptativos para o sombreamento, houve diminuição da redundância funcional, o que tende a moldar as plantações de Eucalipto a um estado menos estável perante mudanças ambientais, o que pode comprometer a funcionalidade do solo. Entretanto, os indicadores de funcionalidade do solo foram inferiores nas plantações de eucalipto. Os resultados obtidos neste este estudo são um passo adiante para ajudar a preencher essa lacuna no conhecimento ecológico, apoiando a elaboração de políticas de conservação dos campos do Pampa a partir de informações de base científica. Grassland afforestation with fast-growing exotic species (forestry) is the category of land use change that has grown the most in recent years in the Pampa biome. Studies around the world have shown negative effects of this type of land-use change on biodiversity. However, information about the effects on soil communities is still scarce. The organisms that live in the soil are extremely diverse and contribute to a wide range of ecosystem processes that underlies essential ecosystem services, such as carbon stock, regulation of the water cycle and food production. Therefore, soils with high diversity are healthy and present major functionality, promoting ecosystem functioning of and human welfare. At this context, in this dissertation we aim to investigate the effects of converting native grasslands of Pampa biome into Eucalyptus plantations on soil microbiota and fauna (model group: Collembola) which are considered indicators of soil functionality. The study was carried out in 20-paired sampling units in Pampa biome (10 grasslands and 10 Eucalyptus plantations) distributed in four municipalities in the state of Rio Grande do Sul. In each sampling unit, a 250 m transect was established where 10 points were sampled to collect soil in the 0-5 cm layer. The soil from five samples was used to determine soil pH and gravimetric moisture and the size and activity of the microbial community (soil basal respiration of and enzyme activity). Soil temperature and plant richness were measured in situ. The soil from the other five points was used for extraction (14 days) of collembolans by the Berlese-Tüllgren funnel method, which were identified and described by their functional attributes. The effects of land use change were tested using generalized mixed linear models. Our results demonstrate that grassland conversion led to a reduction in plant richness, which tends to decrease litter quality and diversity that enters the. This effect on soil trophic chains, associated with the a more acidic and drier soil may explain the drastic reduction observed in the size and activity of the microbial community that further can impair the functions related to carbon and nitrogen cycling, such as decomposition, soil fertility and carbon stock. The community of collembolans presented reduction of richness and had their taxonomic and functional composition altered, which can result in changes in the food webs and, consequently, in their functions. Our most unexpected result was the increase of functional diversity at the plantations by the increase on collembolans with forestry-adaptive traits. In addition, there was a decrease in functional redundancy, which tends to shape Eucalyptus plantations in a less stable state what may harm soil functionality towards environmental changes. However, the indicators of soil functionality were lower in Eucalyptus plantations. The results obtained in this study are a step forward to help fill this gap in ecological knowledge, supporting the elaboration of conservation policies in the Pampa grasslands with scientific- based information.