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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.64.2020.tde-19082021-140913
Document
Author
Full name
Leandro Fonseca de Souza
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2020
Supervisor
Committee
Mui, Tsai Siu (President)
Carvalho, Teotonio Soares de
Mendes, Rodrigo
Pellizari, Vivian Helena
Title in Portuguese
Desmatamento e pastagens na Amazônia: impactos do manejo de acidez e da rizosfera de Urochloa brizantha sobre a ciclagem de metano no solo e microbiota associada
Keywords in Portuguese
Conservação do solo
Ecologia microbiana
Gases de efeito estufa
Microbiologia ambiental
Mudanças climáticas
Abstract in Portuguese
Na região amazônica, pastagens são o principal uso do solo após desmatamento. Esta conversão afeta a ciclagem de metano no solo, mudando o balanço no fluxo de gases de dreno de metano atmosférico sob floresta para emissores sob pastagem. Nesta pesquisa avaliou-se como o manejo de pastagens pode afetar o processo, considerando a cobertura do solo por Urochloa brizantha cv. Marandu e sua rizosfera, e a calagem destes solos a pHs 5,8-6,5. O papel da acidez de solos de floresta no sequestro de metano também foi testado. Dois experimentos foram conduzidos em condições controladas de casa de vegetação, partindo de solos de floresta e pastagem do leste e do oeste amazônico, além de estudo em campo. Também foram realizadas incubações dos solos sob condições de laboratório com 13CH4 para utilização da técnica de Sondas de Isótopos Estáveis (SIP-DNA). A microbiota associada à ciclagem de metano no solo foi avaliada por quantificação de genes pmoA e mmoX (metanotróficos), mcrA (metanogênicos) e pelo sequenciamento massivo do gene 16S rRNA. Observou-se que a cobertura do solo com capim Marandu, em contraponto a um solo descoberto, aumenta o sequestro de metano pelo solo em até 35% e reduz em até 10x a abundância absoluta de arquéias metanogênicas na rizosfera, compostas pelos gêneros Methanosarcina sp., Methanocella sp., Methanobacterium sp. e Rice Cluster I. A calagem de solos de pastagem pode aumentar o sequestro de metano no solo sob altas concentrações de metano, com aumento da atividade de metanotróficas Beijerinckiaceae (tipo II) e Methylocaldum sp. (tipo I), ou pode reduzir esta capacidade sob concentrações atmosféricas, sem alteração significativa da abundância absoluta de metanotróficas ou metanogênicas. Observou-se também que a calagem de solos de floresta reduz sua capacidade de oxidação de metano, podendo torná-los emissores, sem alterações significativas na abundância absoluta de metanotróficas ou metanogênicas. Estes resultados apontam o potencial do manejo de pastagens, por calagem e conservação da cobertura do solo com gramínea, na mitigação de emissões de metano da atividade pecuária na região amazônica. Indicam também a necessidade de pesquisas de validação em campo considerando a sazonalidade das chuvas e exposição do solo a condições de saturação de umidade, favoráveis à metanogênese
Title in English
Deforestation and pastures in the Amazon: impacts of soil acidity management and of Urochloa brizantha rhizosphere on the methane microbial community
Keywords in English
Climatic changes
Environmental microbiology
Greenhouse gases
Microbial ecology
Soil conservation
Abstract in English
In the Amazon region, pastures are the main land-use after deforestation. This land conversion affects soil methane cycling, changing the soils from being a sink of atmospheric methane to becoming a source. Here, we evaluate how the management of pastures can affect this process, considering the rhizosphere of the common pasture grass Urochloa brizantha cv. Marandu and soil liming to pHs 5.8-6.5. We also tested the importance of soil acidity in forest soils to methane sinking. Two greenhouse experiments were set using forest and pasture soils from eastern and western Amazonia, incubations with 13CH4 for DNA stable isotope probing (SIP-DNA) and field measurements (gas flux, soil chemistry, etc.). The methane cycling microbiota was accessed by quantifying its marker genes pmoA and mmoX (methane oxidation), mcrA (emissions) and by high throughput sequencing of 16S rRNA gene. We observed that acidic pasture soils with grass coverage had up to 35% higher methane sinking, and a 10-fold reduced abundance of methanogens in the grass rhizosphere vs bulk soil, comprising Methanosarcina spp., Methanocella spp., Methanobacterium spp. and Rice Cluster I. Furthermore, liming pasture soils can increase methane sinking under high concentrations of this gas by active methanotrophs Beijerinckiaceae (type II) and Methylocaldum sp. (type I), and reduce sinking under atmospheric concentrations, with no changes on methanotrophs or methanogens absolute abundance. We also find that liming acidic forest soils can reduce its methane oxidation, shortly turning them to sources, with no changes on methanotrophs or methanogens absolute abundance. These results show the potential of pasture management by liming soils and conserving a grass coverage on soils to mitigate soil methane emissions. It also indicates the need of research to validate these results under field conditions, considering the rain seasonality in the region and under soil moisture saturation, as favorable conditions to methanogenesis
 
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Publishing Date
2021-09-08
 
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