Phytoremediation as a way to clean technogenically polluted areas of Kazakhstan / Fitorremediação como forma de limpar áreas tecnologicamente poluídas do Cazaquistão

One of the most serious problems worldwide is heavy metal (HM) pollution. HMs can have a toxic effect on human health and thus cause serious diseases. To date, several methods have been used to clean environments contaminated by HMs, but most of them are expensive, and it is difficult to achieve the desired result. Phytoremediation is currently an effective and affordable processing solution used to clean and remove HMs from the environment. This review article discusses in detail the technology of phytoremediation and mechanisms of HM absorption. In addition, methods are described using genetic engineering of various plants to enhance the resistance and accumulation of HMs. Thus, phytoremediation technology can become an additional aid to traditional methods of purification.

Um dos problemas mais graves em todo o mundo é a poluição por metais pesados (HMs). Os HMs podem ter um efeito tóxico na saúde humana e, assim, causar doenças graves. Até o momento, vários métodos têm sido utilizados para limpar ambientes contaminados por HMs, mas a maioria deles é cara, sendo difícil alcançar o resultado desejado. A fitorremediação é, atualmente, uma solução de processamento eficaz e acessível usada para limpar e remover HMs do ambiente. Este artigo de revisão discute em detalhes a tecnologia de fitorremediação e os mecanismos de absorção de HMs. Além disso, são descritos métodos que utilizam a engenharia genética de várias plantas para aumentar a resistência e o acúmulo de HMs. Assim, a tecnologia de fitorremediação pode se tornar uma ajuda adicional aos métodos tradicionais de purificação.

Nível de conhecimento sobre resíduos gerados pelo homem como problema de Saúde Única / Level of knowledge about man-generated waste as a one health problem

A globalização e o aumento da densidade populacional levam ao aumento do descarte de produtos gerados pela sociedade. Os resíduos são restos destes produtos que podem ser reciclados, já o lixo não pode ser reutilizado. O descarte inadequado dos resíduos causa impacto ambiental e reflete na Saúde Única. Este estudo teve como objetivo avaliar o nível de conhecimento da população que busca os serviços de saúde da atenção primária e da Unesp-FCAV de Jaboticabal (SP), por meio de um questionário contendo perguntas sobre a temática do lixo e resíduos. No estudo participaram 86 voluntários da atenção primária, com nota satisfatória em 6 das 10 questões. Os 88 voluntários da comunidade acadêmica da Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" (Unesp), Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias (FCAV) tiveram nota satisfatória em 9 das 10 questões. A formação educacional influencia o nível de conhecimento e conscientização da população sobre o tema do estudo. Medidas educativas são necessárias para conscientizar a população sobre os efeitos dos resíduos na Saúde Única.(AU)

Globalization and the increase in population density lead to an increase in the disposal of products generated by society. Waste is the remains of these products that can be recycled, since garbage cannot be reused. Improper disposal of waste causes an environmental impact and reflects on One Health. This study aimed to assess the level of knowledge of the population that seeks primary care health services and the Unesp-FCAV in Jaboticabal (SP), using a questionnaire containing questions about garbage and waste. In the study, 86 volunteers from primary care participated, with a satisfactory score in 6 of the 10 questions. The 88 volunteers from Unesp-FCAV had a satisfactory score in 9 of the 10 questions. Education influences the level of knowledge and awareness of the population on the topic of study. Educational measures are needed to make the population aware of the effects of waste on One Health.(AU)

Lumbriculus variegatus (Müller, 1774) (Oligochaeta, Lumbriculidae) in Campos do Jordão State Park, São Paulo, Brazil / Lumbriculus variegatus (Müller, 1774) (Oligochaeta, Lumbriculidae) no Parque Estadual de Campos do Jordão, São Paulo, Brasil

Abstract The aim of this paper was recording the occurrence of the species Lumbriculus variegatus (Müller, 1774) (Oligochaeta, Lumbriculidae) in lotic systems of the State of São Paulo. Specimens were collected in Sapucaí River, located in Campos do Jordão State Park. The mapping of geographical distribution of this species is of interest to public health since L. variegatus may be an intermediate host of Dioctophyme renale (Goeze, 1782) (Nematoda, Dioctophymatidae), a parasite of recognized zoonotic potential. Distribution data serves as a basis for environmental monitoring and evaluation, being essential to map possible cases of the disease (Dioctophimosis) and provide information to health professionals.

Resumo O objetivo deste trabalho foi registrar a ocorrência de Lumbriculus variegatus (Müller, 1774) (Oligochaeta, Lumbriculidae) em um sistema lótico do Estado de São Paulo. Os espécimes foram coletados no rio Sapucaí, localizado no Parque Estadual de Campos do Jordão. O mapeamento da distribuição geográfica desta espécie é de interesse para saúde pública uma vez que L. variegatus pode ser um hospedeiro intermediário de Dioctophyme renale (Goeze, 1782) (Nematoda, Dioctophymatidae), parasito de reconhecido potencial zoonótico. Dados de distribuição servem de base para monitoramento e avaliação ambiental, sendo essenciais para mapear possíveis casos da doença (Dioctofimose) e fornecer informações para profissionais de saúde.

Lumbriculus variegatus (Müller, 1774) (Oligochaeta, Lumbriculidae) in Campos do Jordão State Park, São Paulo, Brazil

Abstract The aim of this paper was recording the occurrence of the species Lumbriculus variegatus (Müller, 1774) (Oligochaeta, Lumbriculidae) in lotic systems of the State of São Paulo. Specimens were collected in Sapucaí River, located in Campos do Jordão State Park. The mapping of geographical distribution of this species is of interest to public health since L. variegatus may be an intermediate host of Dioctophyme renale (Goeze, 1782) (Nematoda, Dioctophymatidae), a parasite of recognized zoonotic potential. Distribution data serves as a basis for environmental monitoring and evaluation, being essential to map possible cases of the disease (Dioctophimosis) and provide information to health professionals.

Resumo O objetivo deste trabalho foi registrar a ocorrência de Lumbriculus variegatus (Müller, 1774) (Oligochaeta, Lumbriculidae) em um sistema lótico do Estado de São Paulo. Os espécimes foram coletados no rio Sapucaí, localizado no Parque Estadual de Campos do Jordão. O mapeamento da distribuição geográfica desta espécie é de interesse para saúde pública uma vez que L. variegatus pode ser um hospedeiro intermediário de Dioctophyme renale (Goeze, 1782) (Nematoda, Dioctophymatidae), parasito de reconhecido potencial zoonótico. Dados de distribuição servem de base para monitoramento e avaliação ambiental, sendo essenciais para mapear possíveis casos da doença (Dioctofimose) e fornecer informações para profissionais de saúde.

Fungal conversion of chicken-feather waste into biofortified compost / Conversão fungosa de resíduos de pena de frango em composto biofortificado

Poultry industry is amongst highly developed industries of Pakistan, fulfilling the protein demand of rapidly increasing population. On the other hand, the untreated poultry waste is causing several health and environmental problems. The current study was designed to check the potential of keratinolytic fungal species for the conversion of chicken-feather waste into biofortified compost. For the purpose, three fungal species were isolated from soil samples. These strains were pure cultured and then characterized phenotypically and genotypically. BLAST searches of 18S rDNA nucleotide sequence of the fungal isolates revealed that the two fungal isolates belonged to genus Aspergillus and one belonged to genus Chrysosporium. Optimum temperature for Aspergillus flavus, Aspergillus niger and Chrysosporium queenslandicum was 29, 26 and 25 oC, respectively. A. flavus showed maximum (53%) feather degradation, A. niger degraded feather waste up to 37%, while C. queenslandicum showed 21% keratinolytic activity on chicken feathers at their respective temperature optima. The degradation potential of these fungal species showed their ability to form compost that has agro-industrial importance.

A indústria avícola está entre as indústrias altamente desenvolvidas do Paquistão, atendendo a demanda de proteína da população em rápido crescimento. Por outro lado, os resíduos de aves não tratados estão causando diversos problemas de saúde e ambientais. O presente estudo foi desenhado para verificar o potencial de espécies de fungos queratinolíticos para a conversão de resíduos de penas de frango em composto biofortificado. Para tanto, três espécies de fungos foram isoladas de amostras de solo. Essas cepas foram cultivadas puramente e, em seguida, caracterizadas fenotipicamente e genotipicamente. As pesquisas do BLAST da sequência de nucleotídeos do rDNA 18S dos isolados de fungos revelaram que os dois isolados de fungos pertenciam ao gênero Aspergillus e um pertencia ao gênero Chrysosporium. A temperatura ótima para Aspergillus flavus, Aspergillus niger e Chrysosporium queenslandicum foi de 29, 26 e 25 oC, respectivamente. A. flavus apresentou degradação máxima de penas (53%), A. niger degradou resíduos de penas em até 37%, enquanto C. queenslandicum apresentou 21% de atividade queratinolítica em penas de frango em suas respectivas temperaturas ótimas. O potencial de degradação dessas espécies de fungos mostrou sua capacidade de formar composto de importância agroindustrial.

Chemical elements in sediments and in bivalve mollusks from estuarine regions in the south of Bahia State, northeast Brazil / Elementos químicos em sedimentos e em moluscos bivalves de regiões estuarinas do sul do Estado da Bahia, Nordeste do Brasil

Abstract Estuaries receive daily inputs of chemical elements which can impact the quality of water and sediment, as well as the health of biota. In addition to the sediment, bivalve mollusks have been used in the chemical monitoring of these systems. This study investigated the presence and contents of As, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb and Zn in superficial sediment and in bivalves (Crassostrea gasar, C. rhizophorae and Mytella guyanensis) from estuaries in the south / extreme south of Bahia State, northeast Brazil. The samples were evaluated with inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES, Varian 710). Except for Cd, all other elements were found in the samples, being that Co was exclusive in the sediment. The estuaries equivalent to sampling stations #1 - Valença, #2 - Taperoá, #3 - Ilhéus and #4 - Belmonte showed levels of metals compatibles with those established by the Brazilian legislation, however, the #5 - Santa Cruz Cabrália, in addition to the presence of As, presented a high level of Pb and Cu in C. gasar, which was attributed to the impacts of nautical activities in that locality.

Resumo Estuários recebem entradas diárias de elementos químicos, que podem impactar a qualidade de água e do sedimento, assim como a saúde da biota. Além do sedimento, moluscos bivalves têm sido utilizados no monitoramento químico desses sistemas. Neste estudo investigou-se a presença e os teores de As, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb e Zn no sedimento superficial e em bivalves (Crassostrea gasar, C. rhizophorae e Mytella guyanensis) de estuários do sul / extremo sul do estado da Bahia, Nordeste do Brasil. As amostras foram avaliadas por espectrometria de emissão óptica de plasma indutivamente acoplado (ICP-OES, Varian 710). Exceto Cd, todos os demais elementos foram encontrados nas amostras, sendo que Co foi exclusivo no sedimento. Os estuários equivalentes às estações amostrais #1 - Valença, #2 - Taperoá, #3 - Ilhéus e #4 - Belmonte mostraram níveis de metais compatíveis com os estabelecidos pela legislação brasileira, porém, a #5 - Santa Cruz Cabrália, além da presença de As, apresentou alto nível de Pb e de Cu em C. gasar, o que foi atribuído aos impactos por atividades náuticas nesse local.

Bioremediation, drought tolerance and biofortification in biotechnological uses

The objective of this review is to bring information about innovations and technologies that, through genetic improvement, are being used to improve the sustainability and productivity of agricultural crops, improve human nutrition, as well as conservation and decontamination of soils. Bioremediation consists of using microorganisms that have the ability to modify or decompose certain pollutants, with the possibility of increasing their activity through genetic engineering, building new strains for the transformation of pollutants into inert substances. Genetic improvement is seeking to develop cultivars that are more tolerant to periods of water deficit. Plant biofortification consists of varieties of improved plants that have a higher content of vitamins and minerals, which are obtained through genetic improvement. Thus, biotechnology is once again essential for world agricultural production and can bring a series of other benefits to society.(AU)

An estimation of ecosystem services provided by urban and peri-urban forests: a case study in Juiz de Fora, Brazil / Uma estimativa dos serviços ecossistêmicos fornecidos pelas florestas urbanas e peri-urbanas: um estudo de caso em Juiz de Fora, Brasil

Urban expansion has led to the replacement of natural landscapes and environmental degradation, making cities and their urban and peri-urban forests (UPFs) vulnerable to climate change, especially on the formation of heat islands. Using i-Tree Canopy program (v. 7.0), we estimate the ecosystem services provided by UPFs in Juiz de Fora (Minas Gerais State, Southeastern Brazil), through the analysis of the (1) annual removal of atmospheric pollutants, (2) annual removal of atmospheric carbon, (3) total carbon stock in vegetation, and (4) the monetary benefits of sequestered and stocked carbon, based on Future Carbon Credit (CFI2Z1) as a monetary proxy. The results showed an average total amount of removal of 4.45 thousand tons of air pollution annually. The average annual total carbon storage was 158 thousand tons and the equivalent CO2 was 580 thousand tons, with an estimated total value of R$ 173 million per year. Significant values of the gross carbon stock (3.98 million tons) and equivalent CO2 (14.59 million tons) were found, being valued at R$ 4.35 billion. We concluded that the Juiz de Fora UPFs have a great potential for socio-environmental and economic benefits.

A expansão urbana levou à substituição de paisagens naturais por paisagens urbanas e à degradação ambiental, tornando cidades e suas florestas urbanas e peri-urbanas (FUPs) vulneráveis às mudanças climáticas, especialmente à formação de ilhas de calor. Utilizando o software i-Tree Canopy (v.7.0), estimamos os serviços ecossistêmicos promovidos pelas UPFs em Juiz de Fora (Minas Gerais, Sudeste do Brasil), por meio da análise de (1) remoção anual de poluentes atmosféricos, (2) remoção anual de carbono atmosférico, (3) estoque de carbono na vegetação e (4) os benefícios monetários do carbono sequestrado anualmente e estocado, utilizando o Mercado de Crédito de Carbono Futuro (CFI2Z1) como um proxy monetário. Os resultados apresentam uma quantidade total média de remoção de 4,45 mil toneladas de poluentes do ar, anualmente. O armazenamento médio anual de carbono total foi de 158 mil toneladas e o de CO2 equivalente foi de 580 mil toneladas, com um valor total estimado anual de R$ 173 milhões. Foram encontrados expressivos valores do estoque bruto de carbono (3,98 milhões de toneladas) e CO2 equivalente (14,59 milhões de toneladas), sendo avaliado em R$ 4,35 bilhões. Concluímos que as FUPs de Juiz de Fora possuem um grande potencial para benefícios socioambientais e econômicos.

Impacted estuaries on the Brazilian Amazon coast near port regions influence histological and enzymatic changes in Sciades herzbergii (Ariidae, Bloch, 1794) / Estuários impactados na costa amazônica brasileira próximos a regiões portuárias influenciam mudanças histológicas e enzimáticas em Sciades herzbergii (Ariidae, Bloch, 1794)

Enzymatic (glutathione S-transferase, GST and catalase, CAT) and histological biomarkers in S. herzbergii are important for the analysis of impacted estuaries in port regions of the Brazilian Amazon coast. Fish specimens were collected in two areas in the rainy and dry seasons: Porto Grande (potentially impacted region) and Ilha dos Caranguejos (less impacted region). Sediment samples were collected for chemical analysis. Morphometric, histological, and enzymatic biomarker analyzes were performed. The analysis of the sediments collected in the potentially impacted region showed levels of iron, aluminum and polycyclic aromatic hydrocarbons above the limits allowed by CONAMA legislation. Histological changes in the gills and liver, as well as GST and CAT activities, were high in fish collected at the port. Analyzes suggest that fish in the potentially impacted region are subject to pollutants that compromise their health.

Biomarcadores enzimáticos (glutationa S-transferase, GST e catalase, CAT) e histológicos em S. herzbergii são importantes para a análise de estuários impactados em regiões portuárias da costa amazônica brasileira. Espécimes de peixes foram coletados em duas áreas nas estações chuvosa e seca: Porto Grande (região potencialmente impactada) e Ilha dos Caranguejos (região menos impactada). Amostras de sedimento foram coletadas para análise química. Análises morfométricas, histológicas e de biomarcadores enzimáticos foram realizadas. A análise dos sedimentos coletados na região potencialmente impactada mostrou teores de ferro, alumínio e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos acima dos limites permitidos pela legislação do CONAMA. As alterações histológicas nas brânquias e no fígado, bem como as atividades de GST e CAT, foram elevadas nos peixes coletados no porto. As análises sugerem que os peixes da região potencialmente impactada estão sujeitos a poluentes que comprometem sua saúde.

Behavioral fractal method associated with GPS tracking to spatial activity sequences of grazing cattle

Global positioning and geographic information systems are essential for studying foraging animal behavior. This study aims to implement a fractal self-similarity and chaos game computational efficient methodology to determine the behavior-associated fractal using GPS data of activity sequences in spatial ranges of livestock movement trajectories in interaction with habitat factors. Six cows were randomly selected with an average weight of 480 kg, maintained under the same conditions, and a GPS-equipped collar was installed, programmed at intervals of 1 min and an average of 9 h daylight. Roughly 192810 registries and an average of 32135 signals per cow from trajectory tracking in spatial activity sequencing were used as a variable of interest in the fractal characterization methodology. Spatial patterns were evaluated using the Morán's spatial autocorrelation indices, cluster, and non-parametric statistics, evaluating deterministic spatial patterns of preferential activities associated to spatial ranges of less than 7.1 m (resting 42 %, grazing 38 %). GPS information was refined through spatial ranges and changes in activities under resting, eating, traveling, and complementary schemes associated to the fractal displacement behavior of grazing cattle. This information was processed and mapped using fractal self-similarity rules in the Sierpinski triangle to determine the typical fractal of spatial activities per animal in the habitat. The particular fractal record of each bovine as a function of trajectory sequences was mapped for binary image matrices, registering a good classification (83 %) of the animals by breed and climatological cycle, using information from the sequencing of spatial activities associated to the preferred behavior in the habitat.

Woody species distribution across a savanna-dry forest soil gradient in the Brazilian Cerrado / Distribuição de espécies arbóreas em gradiente de solo savana-floresta seca no Cerrado brasileiro

Abstract Although richness and distribution of woody species in the Cerrado physiognomies have been extensively studied, the shifts of woody species from savanna physiognomies to dry forests have not yet been addressed. Here, we investigate the effect of soil physical-chemical traits on the woody species turnover between adjacent cerrado stricto sensu and dry forest physiognomies. Woody species were surveyed, and soil and topographic variables measured, in 30 10×40 m plots systematically distributed, with 15 plots in each physiognomy. We found a spatially structured distribution of woody species, and differences of soil traits between cerrado stricto sensu and dry forest areas, mainly related to the aluminum saturation, base saturation, and available phosphorus. Aluminum saturation increased toward the savanna area, while base saturation increased toward the dry forest. Most woody species predominated in one physiognomy, such as Callisthene major in the cerrado stricto sensu and Anadenanthera colubrina in the dry forest. Only 20% of the species were widely distributed across both physiognomies or, not often, restricted to the intermediary values of the soil gradient. General results indicate that contrasting soil traits between cerrado stricto sensu and dry forest produce a strongly spatially organized and sharp transition in terms of species distribution between these physiognomies.

Resumo Embora a distribuição e a riqueza em espécies arbóreas nas fitofisionomias do Cerrado venham sendo bastante estudadas, a transição entre savanas e florestas deciduais ainda não foi abordada. Investigamos o efeito de características físico-químicas do solo sobre a distribuição de espécies arbóreas em região de contato entre cerrado sentido restrito e floresta estacional decidual (FED). As espécies arbóreas foram amostradas sistematicamente, e variáveis de topografia e características do solo foram medidas em 30 parcelas de 10×40 m, sendo 15 parcelas em cada fisionomia. A distribuição das espécies arbóreas foi espacialmente estruturada, e as características do solo diferiram entre as áreas de cerrado sentido restrito e FED, principalmente relacionadas à saturação de alumínio, saturação de bases e teores de fósforo. A saturação de alumínio aumentou em direção ao cerrado sentido restrito, enquanto a saturação de bases aumentou em direção à FED. A maioria das espécies arbóreas predominou em uma das fisionomias, como Callisthene major em cerrado sentido restrito e Anadenanthera colubrina em FED. Apenas 20% das espécies foram amplamente distribuídas em ambas as fisionomias ou, em poucos casos, restritas aos valores intermediários do gradiente de solo. Os resultados indicam um forte contraste de características do solo entre o cerrado sentido restrito e a FED, assim como uma transição acentuada e espacialmente organizada quanto à distribuição de espécies arbóreas.

Thermal modification influences the mechanical resistance of wood from forestry species / A modificação térmica influencia na resistência mecânica da madeira de espécies florestais

This study evaluated the effects of thermal modification at different temperatures and for different durations on the mechanical strength of wood of selected species from an agroforestry system. To this end, three 9-year-old (approximate age) individuals, each from four species of forest trees-Parapiptadenia rigida (Benth.) Brenan, Peltophorum dubium (Spreng.) Taub., Eucalyptus grandis × Eucalyptus urophylla hybrid, and Schizolobium parahyba (Vell.) Blake-were evaluated. After obtaining initial measurements, samples from the four species under went heat treatment for 2 h and 4 h and were subsequently subjected to heat using an oven at temperatures 120°C, 150°C, 180°C, and 210°C; respectively, in addition to the control. For evaluating mechanical strength, the technical standard ASTM D 143-94 was used to obtain the values of the moduli of elasticity and rupture, tension at the proportional limit, and maximum force of the subjects. It was observed that different durations and temperatures altered the mechanical strength of the wood of the four species studied. The 2 h residence time is the most recommended for conducting thermal modification. This procedure modifies the mechanical resistance of wood in a positive manner, with exposure temperatures ranging between 120 ºC and 180 ºC being the most recommended. The thermal treatment carried out for 4 h is not recommended for structural purposes because of the decrease in flexural strength

O objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito da modificação térmica em diferentes tempos e temperaturas na resistência mecânica da madeira de espécies provenientes de um sistema agroflorestal. Para tanto, foram avaliados três indivíduos de Parapiptadenia rigida (Benth.) Brenan, Peltophorum dubium (Spreng.) Taub., Eucalyptus grandis × Eucalyptus urophylla e Schizolobium parahyba (Vell.) Blake, todos com nove anos de idade. Após o dimensionamento, as amostras passaram pelo processo de modificação térmica durante 2h e 4h realizado em estufa nas temperaturas de 120 °C, 150 °C, 180 °C e 210 °C, além da testemunha. Para avaliação da resistência mecânica, seguiu-se a norma técnica ASTM D 143-94, obtendo-se os valores de módulos de elasticidade e ruptura, tensão no limite proporcional e força máxima. Observou-se que os diferentes tempos e temperaturas alteram a resistência mecânica das quatro espécies estudadas. O tempo de 2 h de permanência é o mais recomendado para a realização da modificação térmica. O procedimento modifica a resistência mecânica da madeira de uma forma positiva, sendo que as temperaturas de exposição que variaram entre 120 °C e 180 ºC são as mais recomendadas. A modificação térmica realizada pelo período de 4 h não é recomendada para fins estruturais, pelo fato do decréscimo da resistência à flexão.

Subtropical high-montane forest climate refuges in Brazil

Climate change represents one of the greatest threats to global biodiversity. We investigate how climate change will affect the future potential distribution of tree species in subtropical high montane habitats in the Atlantic Forest and identify potential climate refuges for these species. The most frequent and exclusive species in this ecosystem were selected and geographic coordinates were compiled. The maximum entropy algorithm was used for climatic niche modeling. Two scenarios for 2061-2080 were considered for future predictions, one low impact (RCP 4.5) and one high impact (RCP 8.5). Isothermality, mean temperature in the driest quarter, mean temperature in the hottest quarter, rainfall in the driest month, and rainfall in the hottest quarter were the variables that best explained the climatic niche of the majority of species. The areas of potential species occurrence were reduced by 48.37 % (± 13.63 %) (RCP 4.5) and 62.49 % (± 21.87 %) (RCP 8.5) on average. The potential area of Crinodendron brasilense Reitz & L.B.Sm. decreased the most, by 82.11 % (RCP 4.5) and 90.06 % (RCP 8.5), respectively. High elevation areas in the south of Brazil were identified as priorities for conservation to ensure that climate refuges for high montane forest species are maintained in the future. Climate change events may significantly affect the species evaluated in this study.(AU)

Amazonian soil fungi are efficient degraders of glyphosate herbicide; novel isolates of Penicillium, Aspergillus, and Trichoderma / Os fungos do solo amazônico são degradadores eficientes do herbicida glifosato; novos isolados de Penicillium, Aspergillus e Trichoderma

Abstract Pesticide residues that contaminate the environment circulate within the hydrological cycle can accumulate within the food chain and cause problems to both environmental and human health. Microbes, however, are well known for their metabolic versatility and the ability to degrade chemically stable substances, including recalcitrant xenobiotics. The current study focused on bio-prospecting within Amazonian rainforest soils to find novel strains fungi capable of efficiently degrading the agriculturally and environmentally ubiquitous herbicide, glyphosate. Of 50 fungal strains isolated (using culture media supplemented with glyphosate as the sole carbon-substrate), the majority were Penicillium strains (60%) and the others were Aspergillus and Trichoderma strains (26 and 8%, respectively). All 50 fungal isolates could use glyphosate as a phosphorous source. Eight of these isolates grew better on glyphosate-supplemented media than on regular Czapek Dox medium. LC-MS revealed that glyphosate degradation by Penicillium 4A21 resulted in sarcosine and aminomethylphosphonic acid.

Resumo Resíduos de agrotóxicos que contaminam o meio ambiente circulam no ciclo hidrológico, podendo se acumular na cadeia alimentar e causar problemas tanto à saúde ambiental quanto humana. Por sua vez, microrganismos são bem conhecidos por sua versatilidade metabólica e capacidade de degradar substâncias quimicamente estáveis, incluindo xenobióticos recalcitrantes. O estudo atual se concentrou na bioprospecção nos solos da floresta amazônica para encontrar novas linhagens de fungos capazes de degradar com eficiência o herbicida onipresente na agricultura e no meio ambiente, o glifosato. Entre os 50 fungos isolados (usando meio de cultura suplementado com glifosato como única fonte de carbono), a maioria eram isolados do gênero Penicillium (60%) e os outros eram isolados de Aspergillus e Trichoderma (26 e 8%, respectivamente). Todos os 50 isolados de fungos foram capazes de usar glifosato como fonte de fósforo. Oito desses isolados cresceram melhor em meio suplementado com glifosato do que em meio Czapek Dox regular. LC-MS revelou que a degradação do glifosato por Penicillium 4A21 resultou nos metabólitos sarcosina e ácido aminometilfosfônico.

Payment for ecosystem services (PES): a holistic tool for sustainable forest management-a case study from Pakistan / Pagamento por serviços ecossistêmicos (PES): uma ferramenta holística para o manejo florestal sustentável: um estudo de caso do Paquistão

Abstract Economic valuation of ecosystem services is a new concept in forest management. Economic valuation provides basis for payment for ecosystem services (PES). Therefore, objective of this study was to evaluate eco-tourism and carbon stock services of the Maindam valley, District Swat, Pakistan. For the carbon stock calculation, a sample size of 155 plots of 0.1 hectare (Ha) was taken using preliminary survey at 95% confidence interval and 10% allowable error. The data for tourism services was collected from owners of all the hotels, 100 tourists and key informants of the area at 10% sampling intensity on pretested questionnaire for twenty years period (1997-2017). Results showed that Miandam valley has carbon stock worth US$ 16,306,000 while the value of eco-tourism was US$ 1,578,458 on annual basis. The results also showed that trend of tourism has drastically declined after the 9/11 incident for foreigners and locals and the situation was further deteriorated during the era of Talibanization or militancy from 2008-2011. This study recommends implementation of PES strategy at the rate of 5%, thus a total of US$ 78,922 can be earned from eco-tourism and carbon crediting in the study area annually, which could play important role in sustainable forest management.

Resumo A valoração econômica dos serviços ecossistêmicos é um novo conceito no manejo florestal. A avaliação econômica fornece base para o pagamento por serviços ecossistêmicos (PES). Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar o ecoturismo e os serviços de estoque de carbono do vale de Miandam, distrito Swat, Paquistão. Para o cálculo do estoque de carbono, um tamanho de amostra de 155 parcelas de 0,1 hectare (ha) foi tirado, usando pesquisa preliminar com intervalo de confiança de 95% e erro admissível de 10%. Os dados para serviços de turismo foram coletados de proprietários de todos os hotéis, 100 turistas e informantes-chave da área em 10% de intensidade de amostragem em questionário pré-testado para um período de 20 anos (1997-2017). Os resultados mostraram que o vale de Miandam tem estoque de carbono no valor de US$ 16.306.000, enquanto o valor do ecoturismo foi de US$ 1.578.458 anualmente. Os resultados também mostraram que a tendência do turismo diminuiu drasticamente para estrangeiros e locais após o incidente de 11 de Setembro, e a situação se agravou ainda mais durante a era da talibanização ou militância de 2008-2011. Este estudo recomenda a implementação da estratégia de PES na taxa de 5%, portanto um total de US$ 78.922 pode ser ganho com ecoturismo e crédito de carbono na área de estudo anualmente, o que pode desempenhar um papel importante no manejo florestal sustentável.

Isolation and screening of chromium resistant bacteria from industrial waste for bioremediation purposes / Isolamento e triagem de bactérias resistentes ao cromo de resíduos industriais para fins de biorremediação

Abstract Chromium (VI) a highly toxic metal, a major constituent of industrial waste. It is continuously release in soil and water, causes environmental and health related issues, which is increasing public concern in developing countries like Pakistan. The basic aim of this study was isolation and screening of chromium resistant bacteria from industrial waste collected from Korangi and Lyari, Karachi (24˚52ʹ46.0ʺN 66˚59ʹ25.7ʺE and 24˚48ʹ37.5ʺN 67˚06ʹ52.6ʺE). Among total of 53 isolated strains, seven bacterial strains were selected through selective enrichment and identified on the basis of morphological and biochemical characteristics. These strains were designated as S11, S13, S17, S18, S30, S35 and S48, resistance was determined against varying concentrations of chromium (100-1500 mg/l). Two bacterial strains S35 and S48 showed maximum resistance to chromium (1600 mg/l). Bacterial strains S35 and S48 were identified through 16S rRNA sequence and showed 99% similarity to Bacillus paranthracis and Bacillus paramycoides. Furthermore, growth condition including temperature and pH were optimized for both bacterial strains, showed maximum growth at temperature 30ºC and at optimum pH 7.5 and 6.5 respectively. It is concluded that indigenous bacterial strains isolated from metal contaminated industrial effluent use their innate ability to transform toxic heavy metals to less or nontoxic form and can offer an effective tool for monitoring heavy metal contamination in the environment.

Resumo O cromo (VI), metal altamente tóxico, é um dos principais constituintes dos resíduos industriais. É liberado no solo e na água, causa problemas ambientais e de saúde de crescente preocupação pública em países em desenvolvimento como o Paquistão. O objetivo básico deste estudo foi o isolamento e a triagem de bactérias resistentes ao cromo de resíduos industriais coletados em Korangi e Lyari, Karachi (24˚52'46,0"N 66˚59'25,7"E e 24˚48'37,5"N 67˚06'52,6"E). Do total de 53 cepas isoladas, sete cepas bacterianas foram selecionadas por enriquecimento seletivo e identificadas com base em características morfológicas e bioquímicas. Essas cepas foram designadas como S11, S13, S17, S18, S30, S35 e S48, apresentaram alta resistência aos metais contra concentrações variáveis (100-1500 mg / l) de cromo. Já as cepas S35 e S48 foram identificadas por meio da sequência 16S rRNA e apresentaram 99% de similaridade com Bacillus paranthracis e Bacillus paramycoides. Além disso, as condições de crescimento incluindo temperatura e pH foram otimizadas e ambas as cepas bacterianas apresentaram crescimento máximo na temperatura de 30 ºC, enquanto seu pH ótimo foi observado em 7,5 e 6,5, respectivamente. Conclui-se que o potencial de resistência dessas bactérias resistentes ao cromo pode ser efetivamente utilizado na remoção de cromo de efluentes industriais contaminados. Técnicas de base biológica usando bactérias ajudarão a fornecer métodos mais baratos e ecológicos de remoção, recuperação e desintoxicação de cromo.

Geographical distribution of zebu breeds and their relationship with environmental variables and the human development index

The environment is vital to the agricultural sector since it can cause adversities throughout the entire productive chain. This study evaluated the geographical distribution of zebu breeds in Brazil and correlated their occurrence with environmental variables and the human development index. Herds of purebred zebu cattle (Bos indicus) in Brazil were classified as beef, dairy, and dual-purpose breeds, and all breeds were spatialized in the ArcGIS program. Environmental (precipitation, temperature, relative humidity index) and the human development index (HDI) were examined. We conducted regression and logistic analyses. Zebu cattle showed a lower distribution in the Northeastern states compared to other locations, possibly due to harsh weather conditions, namely long periods of high temperatures and lower precipitation, directly affecting local livestock. Beef breeds were evenly spread throughout the country in regions influenced by environmental variables of higher precipitation, normalized difference vegetation index (NDVI), temperature, relative humidity (RH), and temperature humidity index (THI), as well as properties without smallholder farmers and rivers and streams with riparian vegetation. The regions for dual-purpose and dairy breeds were predominantly cultivated with cutting forages (e.g., sugarcane - Saccharum officinarum), with the integration of crops, livestock and/or forestry (i.e., combining different activities in the same area) and areas with a rotational grazing system (i.e., grazing management), indicating a higher occupation in fertile lands. The Gir breed, the only dairy breed evaluated in this study, was seen in establishments with smallholder farmers, characterized by small to medium farms, and in regions at higher altitudes.

Precision irrigation trends and perspectives: a review / Tendências e perspectivas da irrigação de precisão: uma revisão

In recent decades, research on precision irrigation driven by climate change has developed a multitude of strategies, methods and technologies to reduce water consumption in irrigation projects and to adapt to the increasing occurrence of water scarcity, agricultural droughts and competition between agricultural and industrial sectors for the use of water. In this context, the adoption of water-saving and application practices implies a multidisciplinary approach to accurately quantify the water needs of crops under different water availability and management practices. Thus, this review article presented a review of technologies and new trends in the context of precision irrigation, future perspectives and critically analyze notions and means to maintain high levels of land and water productivity, which minimize irrational water consumption at the field level.

Nas últimas décadas pesquisas voltadas à irrigação de precisão, impulsionadas pelas mudanças climáticas, desenvolveram uma infinidade de estratégias, métodos e tecnologias para reduzir o consumo de água em projetos de irrigação, para adaptação à crescente ocorrência de escassez de água, secas agrícolas e competição entre os setores agrícolas e industriais pelo uso da água. Nesta conjuntura, a adoção de práticas de economia e aplicação de água, implica em uma abordagem multidisciplinar para a quantificação precisa das necessidades de água das culturas, sob diversas práticas de disponibilidade e manejo da água. Dessa forma, este artigo de revisão tem como objetivo apresentar uma revisão sobre as tecnologias e novas tendências no contexto da irrigação de precisão, as perspectivas futuras e analisar criticamente noções e meios para manter altos índices de produtividade da terra e da água, que minimizem o consumo de água irracional a nível de campo.

A comprehensive case study on the sustainability of tropical dairy cattle farming in Oaxaca, Mexico / Um estudo de caso abrangente sobre a sustentabilidade da pecuária leiteira tropical em Oaxaca, México

Tropical dairy cattle farming is one the most relevant economic activities for food production; although, currently faces increasing scrutiny from society due to its potential harm to natural resources and the environment. Moreover, some factors are paramount for the evaluation of the sustainability and productive potential of any given tropical dairy farm: soil quality, profitability, and energy efficiency. This study carried out a sustainability analysis in four types of tropical dairy cattle ranches, through three key indicators (economic profitability, energy efficiency and soil quality) and with a comprehensive approach in the Costa region of Oaxaca, Mexico. Therefore, four farms of different sizes (i.e., small, medium, large, and very large) were selected in Costa de Oaxaca, Mexico. The data collection was carried out for daily milk production, the dynamics of farm inputs (introduction or removal) from the production system, alongside with collection of soil samples. The agroecosystems evaluated were economically profitable, and those with greater intensification of their pasture areas display higher profit margins and energy efficiency. In terms of soil quality, there is a regular potential for its rational utilization.

A pecuária leiteira tropical é uma das atividades econômicas mais relevantes para a produção de alimentos, embora atualmente enfrente crescente discussão da sociedade devido ao seu potencial dano aos recursos naturais e ao meio ambiente. Além disso, alguns fatores são primordiais para a avaliação da sustentabilidade e potencial produtivo de qualquer popriedade leiteira tropical: qualidade do solo, rentabilidade e eficiência energética. O objetivo deste estudo foi realizar uma análise de sustentabilidade em quatro tipos de propriedades de gado leiteiro tropical, por meio de três indicadores chave (rentabilidade econômica, eficiência energética e qualidade do solo) e com uma abordagem abrangente na região da Costa de Oaxaca, México. Portanto, quarto propriedades de diferentes tamanhos (isto é, pequenas, médias, grandes e muito grandes) foram selecionadas na Costa de Oaxaca, México. A coleta de dados foi realizada para a produção diária de leite, a dinâmica dos insumos da fazenda (introdução ou retirada) do sistema de produção, juntamente com coleta de amostras de solo. Os agroecossistemas avaliados foram economicamente rentáveis, sendo que aqueles com maior intensificação de suas áreas de pastagens apresentam maiores margens de lucro e eficiência energética. Em termos de qualidade do solo, existe um potencial regular para a sua utilização racional.

Honey as a bioindicator of environmental organochlorine insecticides contamination / Mel como bioindicador de contaminação ambiental de inseticidas organoclorados

Honey is a suitable matrix for the evaluation of environmental contaminants including organochlorine insecticides. The present study was conducted to evaluate residues of fifteen organochlorine insecticides in honey samples of unifloral and multifloral origins from Dir, Pakistan. Honey samples (5 g each) were extracted with GC grade organic solvents and then subjected to Rotary Evaporator till dryness. The extracts were then mixed with n-Hexane (5 ml) and purified through Column Chromatography. Purified extracts (1μl each) were processed through Gas Chromatograph coupled with Electron Capture Detector (GC-ECD) for identification and quantification of the insecticides. Of the 15 insecticides tested, 46.7% were detected while 53.3% were not detected in the honey samples. Heptachlor was the most prevalent insecticide with a mean level of 0.0018 mg/kg detected in 80% of the samples followed by β-HCH with a mean level of 0.0016 mg/kg detected in 71.4% of the honey samples. Honey samples from Acacia modesta Wall. were 100% positive for Heptachlor with a mean level of 0.0048 mg/kg followed by β-HCH with a mean level of 0.003 mg/kg and frequency of 83.3%. Minimum levels of the tested insecticides were detected in the unifloral honey from Ziziphus jujuba Mill. Methoxychlor, Endosulfan, Endrin and metabolites of DDT were not detected in the studied honey samples. Some of the tested insecticides are banned in Pakistan but are still detected in honey samples indicating their use in the study area. The detected levels of all insecticides were below the Maximum Residue Levels (MRLs) and safe for consumers. However, the levels detected can cause mortality in insect fauna. The use of banned insecticides is one of the main factors responsible for the declining populations of important insect pollinators including honeybees.

O mel é uma matriz adequada para a avaliação de contaminantes ambientais, incluindo inseticidas organoclorados. O presente estudo foi conduzido para avaliar resíduos de 15 inseticidas organoclorados em amostras de mel de origem unifloral e multifloral de Dir, Paquistão. Amostras de mel (5 g cada) foram extraídas com solventes orgânicos de grau GC e, em seguida, submetidas ao evaporador rotativo até a secura. Os extratos foram então misturados com n-hexano (5 ml) e purificados por cromatografia em coluna. Os extratos purificados (1μl cada) foram processados através de cromatógrafo gasoso acoplado a detector de captura de elétrons (GC-ECD) para identificação e quantificação dos inseticidas. Dos 15 inseticidas testados, 46,7% foram detectados enquanto 53,3% não foram detectados nas amostras de mel. O heptacloro foi o inseticida mais prevalente com um nível médio de 0,0018 mg / kg detectado em 80% das amostras, seguido por β-HCH com um nível médio de 0,0016 mg / kg detectado em 71,4% das amostras de mel. Amostras de mel da parede de Acacia modesta foram 100% positivos para heptacloro com um nível médio de 0,0048 mg / kg seguido por β-HCH com um nível médio de 0,003 mg / kg e frequência de 83,3%. Níveis mínimos dos inseticidas testados foram detectados no mel unifloral de Ziziphus jujuba da usina. Metoxicloro, Endosulfan, Endrin e metabólitos do DDT não foram detectados nas amostras de mel estudadas. Alguns dos inseticidas testados são proibidos no Paquistão, mas ainda são detectados em amostras de mel, indicando seu uso na área de estudo. Os níveis detectados de todos os inseticidas estavam abaixo dos Níveis Máximos de Resíduos (MRLs) e seguros para os consumidores. No entanto, os níveis detectados podem causar mortalidade na fauna de insetos. O uso de inseticidas proibidos é um dos principais fatores responsáveis pelo declínio das populações de importantes insetos polinizadores, incluindo as abelhas.