Soil health and microbial diversity in early restoration sites affected by tailings from the Fundão dam failure

dc.contributor.advisorCarneiro, Marco Aurélio Carbone
dc.contributor.co-advisorSilva, Aline Oliveira
dc.contributor.co-advisorDunfield, Kari E.
dc.contributor.refereeCarvalho, Teotônio Soares de
dc.contributor.refereeBotelho, Soraya Alvarenga
dc.contributor.refereePaulino, Helder Barbosa
dc.contributor.refereeCordeiro, Meire Aparecida Silvestrini
dc.creatorSilva, Letícia Coelho Vaz
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/0808451601806623
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-9906-0278
dc.date.accessioned2026-05-11T16:54:18Z
dc.date.issued2026-01-31
dc.description.abstractThe failure of the Fundão dam in 2015 resulted in the deposition of large volumes of iron mining tailings over soils in marginal sites throughout the Doce River basin in Mariana, Minas Gerais, severely compromising their physical, chemical, and biological properties and posing major challenges to environmental recovery. In this context, this study evaluated soil recovery in revegetated sites affected by iron mining tailings from the Fundão dam, integrating soil health, microbial community analysis, and functional prediction based on molecular data. Soil recovery was investigated through the application of a Soil Health Index (SHI), developed from physical, chemical, and biological indicators in sites with 3, 4, and 5 years of revegetation following tailings deposition, compared with a native vegetation reference site, using composite soil samples collected at a depth of 0–10 cm. The results demonstrated that revegetation promoted progressive improvements in soil health, including increases in available water content, soil organic carbon, carbon stocks, K and S availability, as well as enhanced microbial and enzymatic activity. Functions related to plant growth support, carbon storage, and habitat provision showed faster recovery, whereas nutrient cycling remained the most limited function, indicating non-linear recovery trajectories constrained by the tailings-derived substrate. The response of soil microbial communities to revegetation was evaluated using high-throughput sequencing of the 16S rRNA and ITS2 regions and microbial functional potential prediction with PICRUSt2, revealing that although revegetation promoted shifts in taxonomic composition and the emergence of microbial groups associated with plant–microorganism interactions, revegetated sites remained distinct from the reference site, indicating persistent limitations in soil biogeochemical complexity and the need for longer recovery periods. Functional predictions indicated constraints in carbon-related metabolic pathways and oxidative processes, consistent with the low organic matter availability in the tailings, while also revealing early signs of a return toward the functional state of the microbiota and its contribution to ecosystem services. Overall, the results demonstrate that revegetation promotes initial structural and functional improvements in soil, but that microbially mediated processes recover more slowly, highlighting the relevance of integrating soil health indices with microbiome-based approaches and functional prediction to diagnose limitations, monitor recovery, and guide restoration strategies in tropical soils impacted by mining tailings.
dc.description.acaoclimatica2. Uso sustentável da água e do solo
dc.description.areastematicasdaextensaoMeio ambiente
dc.description.concentrationBiologia, Microbiologia e Processos Biológicos do Solo
dc.description.notesArquivo retido a pedido da autoria, até maio de 2027.
dc.description.odsODS 11: Cidades e comunidades sustentáveis
dc.description.odsODS 12: Consumo e produção responsáveis
dc.description.odsODS 13: Ação contra a mudança global do clima
dc.description.odsODS 15: Vida terrestre
dc.description.researchLineBiodiversidade do Solo e Processos Bioquímicos e Biofísicos do Solo
dc.description.resumoO rompimento da barragem de Fundão, em 2015, resultou na deposição de grandes volumes de rejeitos de mineração de ferro sobre solos de áreas marginais de toda a bacia do Rio Doce em Mariana (MG), comprometendo severamente suas propriedades físicas, químicas e biológicas, impondo desafios à recuperação ambiental. Diante desse contexto, Este estudo avaliou a recuperação do solo em áreas revegetadas afetadas por rejeitos da mineração de ferro da barragem de Fundão, integrando saúde do solo, comunidade microbiana e predição funcional baseada em dados moleculares. No Capítulo 1, foi investigada a recuperação do solo por meio da aplicação de um Índice de Saúde do Solo (Soil Health Index – SHI), construído a partir de indicadores físicos, químicos e biológicos do solo em áreas com 3, 4 e 5 anos de revegetação após a deposição de rejeito, comparadas a uma área de referência sob vegetação nativa, em amostras compostas de solo coletados na profundidade de 0-10 cm. Os resultados demonstraram que a revegetação promoveu melhorias progressivas na saúde do solo, com aumentos no conteúdo de água disponível, carbono orgânico do solo, estoque de carbono, disponibilidade de K e S, além de maior atividade microbiana e enzimática. Funções relacionadas ao suporte ao crescimento vegetal, estoque de carbono e habitat para a vida apresentaram recuperação mais rápida, enquanto a ciclagem de nutrientes permaneceu como a função mais limitada, evidenciando trajetórias de recuperação não lineares condicionadas pelo substrato derivado de rejeito. No Capítulo 2, foi avaliada a resposta das comunidades microbianas do solo ao processo de revegetação, com foco nas comunidades de bactérias e fungos, utilizando sequenciamento em larga escala das regiões 16S rRNA e ITS2, aliado à predição do potencial funcional microbiano por meio do PICRUSt2. As análises revelaram que, embora o processo de revegetação promova mudanças na composição taxonômica e o surgimento de grupos microbianos associados à interação planta-microrganismo, as áreas revegetadas permanecem distintas da referência, indicando limitações persistentes à complexidade biogeoquímica do solo e a necessidade de maior tempo para o avanço de sua recuperação. As predições funcionais apontaram restrições em vias metabólicas relacionadas ao carbono e a processos oxidativos, coerentes com a baixa disponibilidade de matéria orgânica nos rejeitos, ao mesmo tempo em que evidenciaram sinais iniciais de retorno ao estado funcional da microbiota, ou seja, de sua contribuição para diferentes serviços ecossistêmicos. De forma integrada, os resultados demonstram que a revegetação é eficaz para promover melhorias estruturais e funcionais iniciais no solo, mas que processos mediados por microrganismos apresentam recuperação mais lenta. Assim, esta tese evidencia a relevância da integração entre índices de saúde do solo e abordagens de microbioma com predição funcional como ferramentas complementares para diagnosticar limitações, monitorar a recuperação e orientar estratégias de restauração em solos tropicais impactados por rejeitos de mineração.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.tipodeimpactoSociais
dc.description.tipodeimpactoTecnológico
dc.description.tipodeimpactoOutros
dc.identifier.citationSILVA, Letícia Coelho Vaz. Soil health and microbial diversity in early restoration sites affected by tailings from the Fundão dam failure. 2026. 130 p. Tese (Doutorado em Ciência do Solo) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufla.br/handle/1/60739
dc.language.isoen_US
dc.publisherUniversidade Federal de Lavras
dc.publisher.collegeEscola de Ciências Agrárias de Lavras (ESAL)
dc.publisher.countrybrasil
dc.publisher.initialsUFLA
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência do Solo
dc.rightsAttribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/
dc.subjectMicrobioma do solo
dc.subjectRevegetação
dc.subjectFerro - Mineração
dc.subjectBarragem de Fundão - Rompimento
dc.subjectRejeitos de mineração
dc.subjectSolo - Recuperação
dc.subjectSoil functions
dc.subjectRevegetation
dc.subjectIron mining
dc.subjectSoil microbiome
dc.subject.cnpqCiências Agrárias
dc.titleSoil health and microbial diversity in early restoration sites affected by tailings from the Fundão dam failure
dc.title.alternativeSaúde do solo, diversidade microbiana e previsão funcional em áreas de restauração inicial afetadas por rejeitos do rompimento da barragem de Fundão
dc.typetese

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