Da floresta secundária à agricultura: machine learning e bioinformática na avaliação dos efeitos do uso do solo sobre o microbioma edáfico no estado do Paraná

dc.contributor.advisor1Etto, Rafael Mazer
dc.contributor.advisor1Latteshttps://lattes.cnpq.br/3964371281672065
dc.contributor.authorRibeiro, Mateus Felipe
dc.contributor.instituicao-banca1Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)
dc.contributor.instituicao-banca2Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa)
dc.contributor.referee1Ferrasa, Adriano
dc.contributor.referee1Latteshttps://lattes.cnpq.br/3604174612288215
dc.contributor.referee2Jesus, Ederson da Conceição
dc.contributor.referee2Latteshttps://lattes.cnpq.br/8253292050291316
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/9150508842184546
dc.date.accessioned2026-04-10T16:25:17Z
dc.date.accessioned2026-06-30T17:48:31Z
dc.date.issued2026-03-18
dc.description.abstractThe soil is home to a complex microbial community that is essential for maintaining ecosystem services and agricultural sustainability. The conversion of natural ecosystems into agricultural areas drastically alters edaphic properties and soil microbiota. To understand these changes, it is essential to integrate traditional ecology with high-resolution analytical approaches. This study aimed to propose an analytical workflow, combining multivariate statistics and machine learning, to model bacterial structuring and infer its edaphic drivers. Under the hypothesis that predictive models reveal complex ecological signatures of anthropogenic management, edaphic data integrated with 16S rRNA sequencing from four locations in the state of Paraná were used. Bioinformatics tools (DADA2), Variation Partitioning, and computational algorithms were employed to evaluate the influence of land use on the microbiota. The models captured specific ecological signatures for each management type, demonstrating that biological attributes are the main drivers of microbial composition. A strong coupling was evidenced between agricultural systems and copiotrophic phyla (Pseudomonadota), contrasting with the retention of sensitive oligotrophs (Acidobacteriota and Verrucomicrobiota) in the Secondary Forest (SF). Topological network analysis indicated that the SF exhibits greater complexity and strong biochemical coupling, sustaining the highest diversity of detectable ASVs. Considering the computational detection limit in agricultural systems, the forest acts as a reservoir and a dynamic ecotone. However, its functional effectiveness in the landscape depends on spatial scaling, since diminutive fragments suffer from edge effects and biological homogenization. It is concluded that integrating machine learning and multivariate statistics is a robust approach for identifying patterns of ecological stability. It is inferred that the resilience of the evaluated agroecosystems is closely linked to the maintenance of conservation practices and adequate forest remnants. This work provides an essential analytical workflow for the future development of edaphic bioindicators.
dc.description.resumoO solo abriga uma comunidade microbiana complexa e essencial para a manutenção dos serviços ecossistêmicos e da sustentabilidade agrícola. A conversão de ecossistemas naturais em áreas agrícolas altera drasticamente as propriedades edáficas e a microbiota do solo. Para compreender essas mudanças, é essencial integrar a ecologia tradicional a abordagens analíticas de alta resolução. Este estudo objetivou propor um fluxo analítico, unindo estatística multivariada e aprendizado de máquina, para modelar a estruturação bacteriana e inferir seus direcionadores edáficos. Sob a hipótese de que modelos preditivos revelam assinaturas ecológicas complexas do manejo antrópico, utilizaram-se dados edáficos integrados ao sequenciamento de rRNA 16S de quatro localidades do Paraná. Empregaram-se ferramentas de bioinformática (DADA2), Partição de Variação e algoritmos computacionais para avaliar a influência do uso do solo na microbiota. Os modelos capturaram assinaturas ecológicas específicas de cada manejo, demonstrando que os atributos biológicos são os principais direcionadores da composição microbiana. Evidenciou-se forte acoplamento entre sistemas agrícolas e filos copiotróficos (Pseudomonadota), contrastando com a retenção de oligotróficos sensíveis (Acidobacteriota e Verrucomicrobiota) na Floresta Secundária (FS). A análise topológica de redes indicou que a FS possui maior complexidade e forte acoplamento bioquímico, sustentando a maior diversidade de ASVs detectáveis. Considerando o limite de detecção nos sistemas agrícolas, a floresta atua como reservatório e ecótono dinâmico. Contudo, sua eficácia funcional na paisagem depende do dimensionamento espacial, visto que fragmentos diminutos sofrem efeito de borda e homogeneização biológica. Conclui-se que integrar aprendizado de máquina e estatística multivariada é uma abordagem robusta para identificar padrões de estabilidade ecológica. Infere-se que a resiliência dos agroecossistemas avaliados atrela-se à manutenção de práticas conservacionistas e remanescentes florestais adequados. O trabalho fornece um fluxo analítico essencial para o futuro desenvolvimento de bioindicadores edáficos.
dc.identifier.citationRIBEIRO, Mateus Felipe. Da floresta secundária à agricultura: machine learning e bioinformática na avaliação dos efeitos do uso do solo sobre o microbioma edáfico no estado do Paraná. 2026. Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2026.
dc.identifier.urihttps://ri.uepg.br/handle/123456789/3255
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)
dc.rightshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United Statesen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/
dc.subjectMicrobiota do solo
dc.subjectuso do solo
dc.subjectaprendizado de máquina
dc.subjectbioindicadores
dc.subjectagroecossistemas
dc.subjectredes ecológicas
dc.titleDa floresta secundária à agricultura: machine learning e bioinformática na avaliação dos efeitos do uso do solo sobre o microbioma edáfico no estado do Paraná
dc.typemaster thesis

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