Relações pedológicas e isotópicas de uma turfeira na Serra do Espinhaço Meridional - MG

The evolution of organic matter sources in soil is related to climate and vegetation dynamics in the past recorded in paleoenvironmental Quaternary deposits such as peatlands. For this reason, a Histosol of the mineralotrophic peatland from the Pau-de-Fruta Special Protection Area - SPA, Espinhaço Meridional, State of Minas Gerais, was described and characterized to evidence the soil constituent materials and properties as related to changes in environmental conditions, supported by the isotopic and elementary characterization of soil C and N and 14C ages. Samples were collected in a depression at 1,350 m asl, where Histosols are possibly more developed due to the great thickness (505 cm). Nowadays, the area is colonized by vegetation physiognomies of the Cerrado Biome, mainly rocky and wet fields (Campo Rupestre and Campo Úmido), aside from fragments of Semidecidual Seasonal Forest, called Capões forests. The results this study showed that early the genesis of the analyzed soil profile showed a high initial contribution of mostly herbaceous organic matter before 8,090 ± 30 years BP (14C age). In the lower-mid Holocene, between 8,090 ± 30 years AP (14C age) to ± 4,100 years BP (interpolated age), the vegetation gradually became more woody, with forest expansion, possibly due to increased humidity, suggesting the existence of a more woody Cerrado in the past than at present. Drier climate conditions than the current were concluded ± 2,500 years BP (interpolated age) and that after 430 years BP (14C age) the forest gave way to grassland, predominantly. After the dry season, humidity increased to the current conditions. Due to these climate fluctuations during the Holocene, three decomposition stages of organic matter were observed in the Histosols of this study, with prevalence of the most advanced (sapric), typical of a deposit in a highly advanced stage of pedogenetic evolution.A evolução das fontes de matéria orgânica no solo está relacionada com a dinâmica do clima e da vegetação durante épocas passadas, representadas pelos registros paleoambientais em depósitos quaternários como as turfeiras. Por esta razão, um organossolo da turfeira mineralotrófica da Área de Proteção Especial - APE Pau-de-Fruta, Serra do Espinhaço Meridional, MG foi descrito e caracterizado com a finalidade de evidenciar os materiais constituintes e os atributos do solo relacionados às mudanças das condições do ambiente, apoiados pela caracterização isotópica e elementar do C e N do solo e idades 14C. A amostragem foi realizada em uma depressão localizada a 1.350 m de altitude, onde possivelmente os Organossolos são mais desenvolvidos, devido à elevada espessura de 505 cm. A turfeira atualmente é colonizada por fisionomias vegetais do Bioma Cerrado, principalmente Campo Rupestre e Campo Úmido, além de alguns redutos de ilhas de Floresta Estacional Semidecidual, denominados Capões de Mata. Os resultados deste estudo demonstraram que a gênese inicial do perfil de solo estudado, antes de 8.090 ± 30 anos AP (idade 14C), apresentou elevada contribuição de uma matéria orgânica mais herbácea, e gradualmente no Holoceno Inferior/Médio, entre 8.090 ± 30 anos AP (idade14C) a ± 4.100 anos AP (idade interpolada), a vegetação tornou-se mais lenhosa, com expansão de uma mata, possivelmente devido ao aumento de umidade, sugerindo a existência no passado de um Cerrado mais lenhoso que o atual. Condições de um clima mais seco que o atual foi verificado em ± 2.500 anos AP (idade interpolada) e após 430 anos AP (idade14C), quando a mata regrediu, predominando a vegetação de campo. Após o período mais seco, a umidade aumentou até as condições atuais. Em meio a essas flutuações climáticas durante o Holoceno, o Organossolo em estudo apresentou três estádios de decomposição da matéria orgânica, com predomínio do mais avançado (sáprico), característico de um depósito em estágio de evolução pedogenético altamente avançado.(FAPESP) São Paulo Research Foundatio

Peat bogs of the Serra do Espinhaço Meridional - Minas Gerais, Brazil: I - characterization and classification

As turfeiras são ambientes especiais para estudos relacionados com a dinâmica da matéria orgânica, evolução das paisagens, mudanças climáticas e ciclos de poluição atmosférica locais, regionais e globais. Elas contribuem para o sequestro global de carbono, funcionam como reservatórios de água e constituem o ambiente de uma biodiversidade endêmica. A Serra do Espinhaço Meridional (SdEM), Reserva da Biosfera Terrestre, apresenta uma área significativa formada por diferentes tipos de turfeira, que foram descritas em três perfis, situados a 1.250 m (P1), 1.800 m (P2) e 1.350 m (P4) de altitude e classificados respectivamente como Organossolo Háplico Sáprico térrico (P1), Organossolo Háplico Fíbrico típico (P2) e Organossolo Háplico Hêmico típico (P4), de acordo com o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. Os três perfis foram caracterizados morfologicamente e, nas amostras coletadas, foram realizadas análises químicas, físicas e microbiológicas. Verificou-se que a localização, a altitude e a drenagem influenciaram os atributos morfológicos, físicos, químicos e microbiológicos das turfeiras da SdEM. O estádio de decomposição da matéria orgânica é mais avançado com a melhoria da drenagem nas turfeiras. O teor de metais pesados está relacionado com o teor e a composição granulométrica da fração mineral e com a localização das turfeiras. O perfil P1 apresentou os mais elevados teores médios de Ti, Zr e Pb; em P2 foram detectados os teores médios mais elevados de Mn, Zn e Cu; e o teor médio de Fe é mais elevado em P4. A intensidade da atividade microbiológica das turfeiras P2 e P4 relacionou-se com sua drenagem e com o teor de metais pesados de suas camadas.Peat bogs are a special environment for studies related with the dynamics of organic matter, landscape evolution and climatic changes and with local, regional and global cycles of atmospheric pollution. Peat bogs contribute to the global C sequestration, act as water reservoirs and are the habitat of an endemic biodiversity. The Serra do Espinhaço Meridional (Minas Gerais State, Brazil) - SdEM - a terrestrial biosphere reservation area, contains a considerably large area with different types of peat bogs, which were described in three profiles at 1,250, 1,800 and 1,350 m above sea level and classified, respectively, as Organosol Haplic sapric terric (P1), Organosol Haplic fibric typical (P2) and Organosol Haplic Hemic typical (P4), in agreement with the Brazilian System of Soil Classification. The three profiles were characterized morphologically and the samples were chemically, physically and microbiologically analyzed. It was found that the location, altitude and drainage influenced the morphologic, physical, chemical, and biological properties of the peat bogs in SdEM. The decomposition state of organic matter is more advanced when the drainage in the peat bogs is better. The amount of heavy metals is related with the quantity and granulometric composition of the mineral fraction and location of the peat bogs. The highest mean levels of Ti, Zr, Pb were detected in profile P1, highest mean levels of Mn, Zn and Cu in P2, and the highest mean Fe content in P4. The intensity of microbiological activity in the peat bogs P2 and P4 was related with the drainage and heavy-metal content of its layers.(FAPEMIG) Pesquisa do Estado de Minas Gerai

Cálculo da curva número para bacia hidrográfica urbana utilizando diferentes abordagens de classificação para imagem orbital RapidEye: estudo de caso para o arroio Pepino (Pelotas, RS)

O valor da curva-número (CN) é um parâmetro empírico usado na determinação do escoamento superficial direto a partir dos excessos de precipitações, sendo dependente das mudanças de uso e cobertura da superfície. Imagens de alta resolução espacial são importantes para identificar tais mudanças em bacias hidrográficas urbanas. O objetivo deste trabalho foi comparar os efeitos de diferentes mapas de uso e cobertura, produzidos a partir de classificações não-supervisionada (K-médias) e supervisionadas (MaxVer, SAM e SVM) em uma imagem orbital de alta resolução espacial, no cálculo do valor CN da bacia hidrográfica urbana do Arroio Pepino (Pelotas, RS). A hipótese é de que diferentes algoritmos de classificação produzem diferentes mapas de superfície que por sua vez afetam o valor CN final. As classificações foram realizadas em uma imagem RapidEye e 10 classes foram identificadas: água, asfalto, estrada de terra, vegetação (3 tipos) e coberturas (4 tipos). O valor CN de cada classe foi obtido pela comparação com valores tabulados, e o valor CN total foi calculado pela média ponderada considerando a área proporcional de cada classe. O SVM foi o algoritmo de melhor desempenho (acurácia global de 70,36% e índice kappa de 0,66). Os valores finais de CN apresentaram distintas intensidades: CNtotal = 88,96 para SAM, CNtotal = 89,66 para K-médias, CNtotal = 89,94 para SVM e CNtotal = 90,71 para MaxVer. A proximidade entre estes valores foi influenciada pela baixa capacidade de drenagem da bacia estudada mesmo em áreas vegetadas. Diferenças nas proporções das classes afetam o valor do CN final da bacia, e sua qualidade é altamente dependente da acurácia da imagem classificada. O valor da curva-número (CN) é um parâmetro empírico usado na determinação do escoamento superficial direto a partir dos excessos de precipitações, sendo dependente das mudanças de uso e cobertura da superfície. Imagens de alta resolução espacial são importantes para identificar tais mudanças em bacias hidrográficas urbanas. O objetivo deste trabalho foi comparar os efeitos de diferentes mapas de uso e cobertura, produzidos a partir de classificações não-supervisionada (K-médias) e supervisionadas (MaxVer, SAM e SVM) em uma imagem orbital de alta resolução espacial, no cálculo do valor CN da bacia hidrográfica urbana do Arroio Pepino (Pelotas, RS). A hipótese é de que diferentes algoritmos de classificação produzem diferentes mapas de superfície que por sua vez afetam o valor CN final. As classificações foram realizadas em uma imagem RapidEye e 10 classes foram identificadas: água, asfalto, estrada de terra, vegetação (3 tipos) e coberturas (4 tipos). O valor CN de cada classe foi obtido pela comparação com valores tabulados, e o valor CN total foi calculado pela média ponderada considerando a área proporcional de cada classe. O SVM foi o algoritmo de melhor desempenho (acurácia global de 70,36% e índice kappa de 0,66). Os valores finais de CN apresentaram distintas intensidades: CNtotal = 88,96 para SAM, CNtotal = 89,66 para K-médias, CNtotal = 89,94 para SVM e CNtotal = 90,71 para MaxVer. A proximidade entre estes valores foi influenciada pela baixa capacidade de drenagem da bacia estudada mesmo em áreas vegetadas. Diferenças nas proporções das classes afetam o valor do CN final da bacia, e sua qualidade é altamente dependente da acurácia da imagem classificada

Late Quaternary vegetation and climate dynamics in central-eastern Brazil : insights from a ~35k cal a BP peat record in the Cerrado biome

Acknowledgements This work was supported by Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)/Brazil (grant to I.H.T. – regular doctoral scholarship FAPESP 2010/51637‐0 and research internships abroad BEPE/FAPESP 2012/00676‐1), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)/Brazil (Universal 14/2011−482815/2001‐6), Ministério de Economia y Competitividad (CGL2010‐20662) and Xunta de Galícia (10PXIB200182PR, ED431D2917/08 and ED431B2018/20). We are grateful to Noemí Silva Sánchez and Luis Rodriguez Lado (Univesidad de Santiago de Compostela), and Fabrício da Silva Terra (Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri) for their collaboration and assistance during different stages of the research.Peer reviewedPostprin

Pedological, isotopical and palinological relations in the paleoenvironmental reconstruction of the Pau-de Fruta special protection area´s peat bog, Mountain Range of the Southern Espinhaço - MG

As turfeiras são ambientes especiais para estudos que procuram compreender a evolução das paisagens em função de mudanças climáticas, apresentando registros da dinâmica temporal e espacial da vegetação, constituindo-se de organossolos com grande potencial indicador devido aos elevados teores de carbono e um ambiente anóxico, condições que preservam a matéria orgânica e os organismos que se depositaram em épocas passadas. A Área de Proteção Especial APE Pau-de-Fruta inserida na Serra do Espinhaço Meridional (MG) possui um depósito de turfeira desenvolvido nas depressões das áreas dissecadas que ficam entremeadas as superfícies de aplainamento, onde a gênese de seus organossolos se dá pelo acúmulo de material orgânico, sendo a área atualmente colonizada pelas diferentes fisionomias vegetais do Bioma Cerrado, principalmente o Campo Rupestre e Campo Úmido, além dos redutos de ilhas de Floresta Estacional Semidecidual, denominados Capões de Mata, onde outrora, sob condições de clima mais úmido que o presente foi mais desenvolvido. O trabalho consistiu na aplicação de bioindicadores como os isótopos do carbono ( 13C e datação 14C), isótopos de nitrogênio ( 15N) e assembléias de palinomorfos em um perfil de organossolo, juntamente com dados de descrição e caracterização do solo, com intuito de inferir as condições do ambiente no Quaternário, e assim reconstituir cronologicamente a sequência de eventos que ocorreram durante a formação do depósito. A idade mais antiga desta turfeira foi obtida por Campos (2009) na base de um perfil a 1.360 m altitude, com 20.359 ± 230 anos AP, portanto, as evidências são que a formação deste depósito iniciou-se no topo, durante o Pleistoceno Superior. Posteriormente, no Holoceno Inferior, condições propiciaram a formação da turfeira de montante à jusante, onde no ponto do presente estudo o processo de instalação iniciou em 8.090 ± 30 anos AP, a 1.350 m de altitude e a 2,3 Km do topo. O clima mais úmido e frio que o atual durante o Pleistoceno Superior (antes de ± 20.359 anos AP), passou por períodos mais secos durante Último Máximo Glacial (entre 20.000-14.000 anos AP), e, gradativamente, tornou-se mais quente no Holoceno Inferior/Médio, porém com constantes oscilações de umidade, até a estabilização das condições climáticas, semelhantes às atuais. Baseado nas assembléias polínicas foi possível verificar que nos períodos úmidos e quentes do Holoceno Inferior/Médio ocorreu a expansão do Campo Úmido, da Floresta Estacional de Galeria, do Campo Rupestre e Cerrado. O aparecimento da Floresta de Galeria de Myrtaceae, em ± 5.900 anos AP, e a formação de uma lagoa em ± 5.200 anos AP, foram os períodos mais úmidos registrados. Solos destes intervalos apresentaram elevadas contribuições de matéria orgânica (MO) e maiores valores de densidade da matéria orgânica (MO), além da presença de fragmentos vegetais preservados. Constantes períodos secos, além dos sinais de 13C mais enriquecidos, vegetação rala (baixa concentração de palinomorfos) e com poucos tipos polínicos, como os verificados em ± 6.700, ± 2.500 e ± 200 (?) anos AP, também apresentaram valores elevados de material mineral (MM), resíduo mínimo (RM) e densidade do solo (Ds). Em meio a isso, a matéria orgânica foi estratificada em três tipos de material de diferentes estágios de decomposição (classes de von Post e teores de fibras), predominando a mais avançado (sáprico), portanto, caracterizando a turfeira como um depósito pedogenético altamente avançado.The peat bogs are special environments for studies that seek to understand the evolution of landscapes due to climate change reporting the temporal and spatial vegetation dynamics. These are constituted of histosols with great indicator potential due to the high carbon content and anoxic environment, conditions preserving the organic matter and organisms deposited in the past times. The Pau-de-Fruta Special Protection Area (SPA) located into the Mountain Range Espinhaço Southern (Brazil) has a peat bog deposit developed in the depressions of the dissected areas interspersed to the planning surfaces, where the histosols genesis takes place by the accumulation of organic material. Nowadays, the area is colonized by different vegetation physiognomy of the Cerrado Biome, mainly rupestre and wet fileds, beyond of redoubts of semidecidual stationary forests, called Capon Forests, where sometime under more humid climate conditions these were more developed. The work was constituted of the application of bioindicators, such as carbon ( 13C dating and 14C) and nitrogen ( 15N) isotopes, and palynomorphs assemblages, in a Histosol profile together with description and characterization data of the soil, aiming to infer the environmental conditions in the Quaternary, and thus to reconstruct the chronological sequence of events occurred during the formation of this deposit. The oldest age of this peat bog was obtained by Campos (2009) based on a profile located to 1.360 m of altitude, with 20.359 ± 230 years BP, wherefore, the evidences are the formation of this deposit began in the top during the Superior Pleistocene. Later, in the Holocene Lower, the conditions provided the formation of peat from upstream to downstream. In the point of this study, the installation process began in 8.090 ± 30 years BP, the 1.350 m high and 2,3 km from the top. The more humid and cooler weather (than the present) during the Pleistocene (before 20.359 years ± AP) went through dryer periods during Last Glacial Maximum (between 20.000- 14.000 years BP), and gradually became warmer in Holocene Lower/Middle East, but with constant moisture fluctuations, to the stabilization of climate, similar to today. Based on pollen assemblages, it was observed that in humid and warm periods of the Holocene Lower / Middle East occured the expansion of humid fields, decidual forest of the Gallery, rupestre fields and Savannah. The occurrence of the Myrtaceae Gallery Forest, in ± 5.900 years BP, and the formation of a pond, in ± 5.200 years BP, were the wettest period recorded. Soils of these periods showed high contributions of organic matter (OM) and highest density of organic matter (OM), beyond the presence of preserved plant debris. Constant dry periods, there are signs of more 13C enriched, sparse vegetation (low concentration of palynomorphs) and few pollen types, such as those found in ± 6.700, ± 2.500 and ± 200 (?) years BP, also showed high levels of mineral material (MM), minimal residual (MR) and bulk density (Ds). Also, the organic matter was stratified into three types of material from different levels of decomposition (von Post classes and fiber content), with predominance of the more advanced (sáprico), so, characterizing the peat bog as a pedogenetic deposit highly advanced

Organic Soils: Formation, Classification and Environmental Changes Records in the Highlands of Southeastern Brazil

Soils constitute the largest terrestrial carbon (C) pool, representing more than the sum of carbon contained in the atmosphere and vegetation. In this context, organic soils stand out, storing 21% of the global soil organic C stock in only 3% of the Earth’s land surface. Moreover, these soils are a key component in our climate system, biodiversity, water cycle and records of environmental changes. Organic soils require specific attention as they provide a large variety of ecosystem services, but also because of their vulnerability to climate change. In this paper, we present a review of terms and concepts related to organic soils, their formation, pedoenvironments, and taxonomic classification. We also present a synthesis of studies in the highlands of southeastern Brazil using these soils as records of environmental change

Soil characterization and drainage effects in a savanna palm swamp (vereda) of an agricultural area from Central Brazil

Brazilian palm swamps (veredas) are fundamentals in the hydrological balance of watercourses in the Brazilian savanna (Cerrado). The “sponge effect” of their soils is the main factor controlling local hydrology, storing rainwater, and functioning as headwaters. The restricted knowledge of these tropical ecosystems has led to increased losses, poor preservation, and reduction in their ecosystem services. Veredas have become refuges surrounded by croplands, often drained and inappropriately managed. This study shows the impacts of anthropization on soil processes and properties of a vereda in an agricultural area. Two soil profiles were selected and characterized as preserved and anthropized, respectively upstream and downstream of the studied vereda. Morphological, physical, chemical and microbiological properties were analyzed. Principal Components Analysis (PCA) was applied to synthesize the data and provide evidence of the main properties and underlying processes that most responded to the degradation action. The arrangement of this analysis shows three main distinguish drivers: one joining the properties related to the humification of organic matter and relative accumulation of mineral matter versus accumulation of organic matter; the second with properties related to soil chemical reactivity; and the third reflecting the mineralization of organic matter. Our results suggest that the anthropic action has strongly caused the organic carbon reduction (~22 %). After 20 years, the anthropized soil presents not only a great decline in carbon stock (~14 kg m -2 ), but also strong impacts on several other ecologic functions, such as water holding capacity. Veredas are complex and fragile environments, and they should be fully protected to maintain their ecosystem services