As espécies fixadoras de nitrogênio (N) são utilizadas junto às plantações florestais com o objetivo de incremento de N. Entretanto quando essas espécies são inseridas à monocultura acorre interferência na formação da serapilheira e, consequentemente, a ciclagem de nutrientes do sistema. O estudo foi desenvolvido em plantios puros e mistos de Eucalyptus grandis e Acacia mangium na Estação Experimental de Ciências Florestais da ESALQ- USP, em Itatinga - SP. O presente trabalho constitui de dois experimentos utilizando a técnica in situ de bolsas de decomposição e teve como objetivos: a) avaliar a dinâmica de decomposição de folhas e raízes finas de E. grandis e A. mangium em diferentes plantios e qual a influência da composição química do material vegetal e do solo na ciclagem de nutrientes, a \"teoria da vantagem doméstica\"; b) estudar a ciclagem de nutrientes em plantios consorciados através da determinação da composição química e a qualidade do material vegetal em decomposição; c) estimar a transferência bruta e líquida de nitrogênio durante a decomposição de folhas na mistura das duas espécies, com a finalidade de entender as interações ecológicas no consórcio do eucalipto com leguminosa. A decomposição de folhas e raízes das duas espécies estudadas apresentaram dinâmicas distintas de perdas de massa: as folhas de eucalipto (FE) decompõem mais rápido que as de acácia (FA), já as raízes não apresentaram diferenças entre raízes de acácia (RA) e raízes de eucalipto (RE). A quantidade inicial de N não influenciou na decomposição do material e houve imobilização deste elemento durante o período. A relação C/N não foi eficiente como parâmetro de decomposição, pois o valor de C/N para FA foi o dobro de FE. A relação N/P apresentou uma evolução durante o experimento, tanto para folhas quanto para raízes e pode predizer características da comunidade microbiana, maior prevalência de bactérias ou fungos. A lignina demonstrou-se como o componente químico responsável pelo padrão de decomposição encontrado, pois após um ano não alterou sua concentração nas folhas. A transferência de N foi dirigida pela qualidade da folha dreno e não pela fonte, assim FA foi o tipo de folha que recebeu mais N das folhas em que foram pareadas, principalmente com FE. Esses resultados demonstram que embora o material do eucalipto seja considerado recalcitrante, após sucessivos anos de manejo desta espécie na área a comunidade microbiana do solo foi favorável a melhor decomposição deste material que o material da acácia, mesmo em segunda rotação desta cultura / The nitrogen-fixing species (N) are used with forest plantations to increase N. However when these species are inserted monoculture rushes to interference in the formation of litter, and thus the nutrient cycling of the system. The study was conducted in pure and mixed plantations of Eucalyptus grandis and Acacia mangium in the Experimental Station of Forest Sciences ESALQ-USP in Itatinga - SP. This work consists of two experiments using litterbags technique to assess the decomposition and were aimed at: a) evaluate the dynamics of decomposing leaves and fine roots of E. grandis and A. mangium plantations in different and what influence the chemical composition of plant material and soil nutrient cycling in the \"home advantage theory\", b) study the cycling of nutrients in plantations syndicated by determining the chemical composition and quality of material decaying plant c) estimate the gross and net transfer of nitrogen during decomposition of leaves of the mixture of the two species, in order to understand the ecological interactions in the consortium of eucalyptus and legumes. The decomposition of leaves and roots of both species showed distinct dynamics of mass loss: eucalyptus leaves (LE) decomposer faster than acacia (LA), since the roots did not differ among acacia roots (RA) and eucalyptus roots (RE). The initial amount of N had no influence on the decomposition of material there and immobilization element during this period. The C / N was not effective as a parameter of decomposition, because the value of C / N for AF is twice the FE. The N / P ratio had changed during the experiment, both for leaves and for roots and can predict characteristics of the microbial community, the greater prevalence of bacteria or fungi. The lignin was shown as the chemical component responsible for the pattern of decay found, because after one year did not alter its concentration in the leaves. The transfer of N was driven by the quality of the sheet drain and not the source, than LA was the type of leaf that received more N in the leaves that were paired primarily with LE. These results demonstrate that although the material is eucalyptus considered recalcitrant, after successive years of management of this species in the soil microbial community was in favor of better decomposition of this material as the material of the acacia, even in this second rotation crop

O objetivo geral dessa tese foi compreender melhor o funcionamento das raízes finas (diâmetro <2 mm) de Eucalyptus. Mais especificamente, nosso trabalho teve como objetivo obter informações sobre as mudanças no padrão de absorção de nutriente pelas raízes finas em função da fertilização e profundidade do solo. Foi também, avaliar a dinâmica de crescimento das raízes finas em plantações mistas com uma espécie fixadora de nitrôgenio para testar a hípotese do gradiente de estresse. O capítulo 1 teve como objetivo estudar o efeito da fertilização mineral na especialização funcional das raízes finas de Eucalyptus grandis jovens em camadas profundas do solo (Itatinga-SP). Foram injetados macadores de NO3-15N, Rb+ (K+) e Sr2+ (Ca2+) simultaneamente em uma solução a 10, 50, 150 e 300 cm de profundidade. A determinação das concentrações foliares de Rb+, Sr2+ e a porcentagem de átomos de 15N permitiu estimar o potencial de absorção relativo (PAR) e o PAR específico, definido como PARE, obtido pela razão entre o PAR e a unidade de densidade do comprimento de raízes finas por camada de solo correspondente. O PAR de NO3-15N diminuiu rapidamente com a profundidade e os valores mais altos do PARE de NO3-15N foram encontrados a uma profundidade de 50 cm. O PARE de Rb+ e Sr2+ foi maior a 300 cm de profundidade em relação à camada superficial do solo, com um aumento do diâmetro da raiz e uma diminuição da densidade do tecido radicular com a profundidade. O PARE de Rb+ e Sr2+ a 300 cm de profundidade foi, em média, 88% maior para árvores fertilizadas quando comparado com as árvores não fertilizadas. Os resultados sugerem que a especialização funcional das raízes finas para a absorção de nutrientes é uma característica estável do eucalipto e que pode ser reforçada pela aplicação de fertilizantes. O capítulo 2 focou nos processos ecológicos entre Acacia mangium e Eucalyptus em um gradiente de estresse nutricional. Raízes finas foram amostradas aos 16 e 34 meses após o plantio em blocos casualisados com dois tratamentos: uma mistura com 50% de cada espécie (50A:50E) com e sem fertilização. Durante este período, dois tubos de minirhizotron, perto de eucalipto e acacia, em cada tratamento e bloco, foram utilizados para monitorar o crescimento e o tempo de vida das raízes finas. Aos 16 e 34 meses após o plantio, a DRF de Eucalyptus foi maior em relação à Acacia e maior em F+ do que em F- na camada superior do solo. Este resultado mostrou que, provavelmente, há uma maior competição das raízes de eucalipto nas raízes de acacia em F+ do que em F-. Na camada superficial, a DRF de Eucalyptus em F- foi maior aos 34 meses e perto de árvores de Acacia comparado aos eucaliptos, o que seria consistente com uma maior facilitação de N da Acacia para os Eucalyptus em ambiente com maior deficiência de N (hipótese de gradiente de estresse). A mesma concentração de N nas folhas de Eucalyptus em F + e F- também está de acordo com essa hipótese. A produção de raízes finas de eucalipto entre as duas datas de amostragem foi maior em F- que em F+ em paralelo ao aumento de DRF de eucaliptos perto das acacias. Não foi possível estimar o tempo de vida da raiz, pois não houve mortalidade radicular durante o período de estudo para ambas as espécies. Futuros estudos poderiam ser realizados para uma melhor compreensão dos mecanismos de captação de nutrientes pelas árvores visando um manejo mais sustentável das plantações florestais. / The main objective of this thesis was to better understand the functioning of Eucalyptus fine roots (diameter < 2 mm). More specifically, our work aimed at getting insights into the changes in fines roots nutrient uptake changes depending on soil depth and fertilization. Root growth dynamics was also evaluated in mixed plantations with a nitrogen fixing species to test the stress gradient hypothesis. The first chapter aimed at studying the effect of fertilization on the functional specialization of young Eucalyptus fine roots in deep soil layers (Itatinga-SP). We injected NO3-15N, Rb+ (K+) and Sr2+ (Ca2+) tracers simultaneously in a solution at 10, 50, 150 and 300 cm in depth. Determination of foliar Rb+, Sr2+ concentrations and 15N atom % made it possible to estimate the relative uptake potential (RUP), and the Specific RUP, defined as SRUP, per unit of fine root length density in the corresponding soil layer. The RUPs of NO3-15N decreased sharply with depth and the highest values of the SRUPs of NO3-15N were found at a depth of 50 cm. The SRUP of Rb+ and Sr2+ were higher at 300 cm in depth than in the topsoil with an increase in root diameter and a decrease in root tissue density with depth. The SRUP of Rb+ and Sr2+ at a depth of 300 cm was on average 88% higher for fertilized trees than for unfertilized trees. The results suggest that functional specialization of fine roots for nutrient uptake is a stable characteristic of Eucalyptus that can be enhanced by fertilization application. Chapter 2 focused on the ecological processes between Acacia mangium and Eucalyptus under a gradient of nutrient stress. Fine roots were sampled at 16 and 34 months after planting in a randomized block design with two treatments: a mixture with 50% of each species (50A:50E), with and without fertilization. For each treatment, soil samples were collected in 3 blocks at 0-15; 15-30; 30-50 and 50-100 cm at various distances of Eucalyptus and Acacia trees. During this period, two tubes of minirhizotron near eucalypt and Acacia trees in each treatment and block were used to monitoring fine roots growth and turnover. At 16 and 34 months after planting, fine root mass density (RMD) of Eucalyptus was 30% higher than of Acacia and higher in F+ than in F- in the top soil layer (0-15 cm). This result likely showed higher competition of eucalypt roots on Acacia roots in F+ than in F-. In the superficial layer, RMD of Eucalyptus in F- were higher at 34 months near Acacia trees than Eucalyptus trees, that would be consistent with greater N facilitation of Acacia on Eucalyptus in higher N-deficient environment (stress gradient hypothesis). The same N concentration in Eucalyptus leaves in both F+ and F- was also consistent with this hypothesis. Production of Eucalyptus fine roots between the two sampling dates was higher in F- than in F+ in parallel to the increase of RMD of Eucalyptus near Acacia trees. It was not possible to estimate root life span as no root mortality occurred during the study period for both species. Furthers studies should be conducted to better understand the mechanisms of tree nutrient uptake promoting a better sustainable management of forest plantations.

As espécies fixadoras de nitrogênio (N) são utilizadas junto às plantações florestais com o objetivo de incremento de N. Entretanto quando essas espécies são inseridas à monocultura acorre interferência na formação da serapilheira e, consequentemente, a ciclagem de nutrientes do sistema. O estudo foi desenvolvido em plantios puros e mistos de Eucalyptus grandis e Acacia mangium na Estação Experimental de Ciências Florestais da ESALQ- USP, em Itatinga - SP. O presente trabalho constitui de dois experimentos utilizando a técnica in situ de bolsas de decomposição e teve como objetivos: a) avaliar a dinâmica de decomposição de folhas e raízes finas de E. grandis e A. mangium em diferentes plantios e qual a influência da composição química do material vegetal e do solo na ciclagem de nutrientes, a \"teoria da vantagem doméstica\"; b) estudar a ciclagem de nutrientes em plantios consorciados através da determinação da composição química e a qualidade do material vegetal em decomposição; c) estimar a transferência bruta e líquida de nitrogênio durante a decomposição de folhas na mistura das duas espécies, com a finalidade de entender as interações ecológicas no consórcio do eucalipto com leguminosa. A decomposição de folhas e raízes das duas espécies estudadas apresentaram dinâmicas distintas de perdas de massa: as folhas de eucalipto (FE) decompõem mais rápido que as de acácia (FA), já as raízes não apresentaram diferenças entre raízes de acácia (RA) e raízes de eucalipto (RE). A quantidade inicial de N não influenciou na decomposição do material e houve imobilização deste elemento durante o período. A relação C/N não foi eficiente como parâmetro de decomposição, pois o valor de C/N para FA foi o dobro de FE. A relação N/P apresentou uma evolução durante o experimento, tanto para folhas quanto para raízes e pode predizer características da comunidade microbiana, maior prevalência de bactérias ou fungos. A lignina demonstrou-se como o componente químico responsável pelo padrão de decomposição encontrado, pois após um ano não alterou sua concentração nas folhas. A transferência de N foi dirigida pela qualidade da folha dreno e não pela fonte, assim FA foi o tipo de folha que recebeu mais N das folhas em que foram pareadas, principalmente com FE. Esses resultados demonstram que embora o material do eucalipto seja considerado recalcitrante, após sucessivos anos de manejo desta espécie na área a comunidade microbiana do solo foi favorável a melhor decomposição deste material que o material da acácia, mesmo em segunda rotação desta cultura / The nitrogen-fixing species (N) are used with forest plantations to increase N. However when these species are inserted monoculture rushes to interference in the formation of litter, and thus the nutrient cycling of the system. The study was conducted in pure and mixed plantations of Eucalyptus grandis and Acacia mangium in the Experimental Station of Forest Sciences ESALQ-USP in Itatinga - SP. This work consists of two experiments using litterbags technique to assess the decomposition and were aimed at: a) evaluate the dynamics of decomposing leaves and fine roots of E. grandis and A. mangium plantations in different and what influence the chemical composition of plant material and soil nutrient cycling in the \"home advantage theory\", b) study the cycling of nutrients in plantations syndicated by determining the chemical composition and quality of material decaying plant c) estimate the gross and net transfer of nitrogen during decomposition of leaves of the mixture of the two species, in order to understand the ecological interactions in the consortium of eucalyptus and legumes. The decomposition of leaves and roots of both species showed distinct dynamics of mass loss: eucalyptus leaves (LE) decomposer faster than acacia (LA), since the roots did not differ among acacia roots (RA) and eucalyptus roots (RE). The initial amount of N had no influence on the decomposition of material there and immobilization element during this period. The C / N was not effective as a parameter of decomposition, because the value of C / N for AF is twice the FE. The N / P ratio had changed during the experiment, both for leaves and for roots and can predict characteristics of the microbial community, the greater prevalence of bacteria or fungi. The lignin was shown as the chemical component responsible for the pattern of decay found, because after one year did not alter its concentration in the leaves. The transfer of N was driven by the quality of the sheet drain and not the source, than LA was the type of leaf that received more N in the leaves that were paired primarily with LE. These results demonstrate that although the material is eucalyptus considered recalcitrant, after successive years of management of this species in the soil microbial community was in favor of better decomposition of this material as the material of the acacia, even in this second rotation crop

O objetivo geral dessa tese foi compreender melhor o funcionamento das raízes finas (diâmetro <2 mm) de Eucalyptus. Mais especificamente, nosso trabalho teve como objetivo obter informações sobre as mudanças no padrão de absorção de nutriente pelas raízes finas em função da fertilização e profundidade do solo. Foi também, avaliar a dinâmica de crescimento das raízes finas em plantações mistas com uma espécie fixadora de nitrôgenio para testar a hípotese do gradiente de estresse. O capítulo 1 teve como objetivo estudar o efeito da fertilização mineral na especialização funcional das raízes finas de Eucalyptus grandis jovens em camadas profundas do solo (Itatinga-SP). Foram injetados macadores de NO3-15N, Rb+ (K+) e Sr2+ (Ca2+) simultaneamente em uma solução a 10, 50, 150 e 300 cm de profundidade. A determinação das concentrações foliares de Rb+, Sr2+ e a porcentagem de átomos de 15N permitiu estimar o potencial de absorção relativo (PAR) e o PAR específico, definido como PARE, obtido pela razão entre o PAR e a unidade de densidade do comprimento de raízes finas por camada de solo correspondente. O PAR de NO3-15N diminuiu rapidamente com a profundidade e os valores mais altos do PARE de NO3-15N foram encontrados a uma profundidade de 50 cm. O PARE de Rb+ e Sr2+ foi maior a 300 cm de profundidade em relação à camada superficial do solo, com um aumento do diâmetro da raiz e uma diminuição da densidade do tecido radicular com a profundidade. O PARE de Rb+ e Sr2+ a 300 cm de profundidade foi, em média, 88% maior para árvores fertilizadas quando comparado com as árvores não fertilizadas. Os resultados sugerem que a especialização funcional das raízes finas para a absorção de nutrientes é uma característica estável do eucalipto e que pode ser reforçada pela aplicação de fertilizantes. O capítulo 2 focou nos processos ecológicos entre Acacia mangium e Eucalyptus em um gradiente de estresse nutricional. Raízes finas foram amostradas aos 16 e 34 meses após o plantio em blocos casualisados com dois tratamentos: uma mistura com 50% de cada espécie (50A:50E) com e sem fertilização. Durante este período, dois tubos de minirhizotron, perto de eucalipto e acacia, em cada tratamento e bloco, foram utilizados para monitorar o crescimento e o tempo de vida das raízes finas. Aos 16 e 34 meses após o plantio, a DRF de Eucalyptus foi maior em relação à Acacia e maior em F+ do que em F- na camada superior do solo. Este resultado mostrou que, provavelmente, há uma maior competição das raízes de eucalipto nas raízes de acacia em F+ do que em F-. Na camada superficial, a DRF de Eucalyptus em F- foi maior aos 34 meses e perto de árvores de Acacia comparado aos eucaliptos, o que seria consistente com uma maior facilitação de N da Acacia para os Eucalyptus em ambiente com maior deficiência de N (hipótese de gradiente de estresse). A mesma concentração de N nas folhas de Eucalyptus em F + e F- também está de acordo com essa hipótese. A produção de raízes finas de eucalipto entre as duas datas de amostragem foi maior em F- que em F+ em paralelo ao aumento de DRF de eucaliptos perto das acacias. Não foi possível estimar o tempo de vida da raiz, pois não houve mortalidade radicular durante o período de estudo para ambas as espécies. Futuros estudos poderiam ser realizados para uma melhor compreensão dos mecanismos de captação de nutrientes pelas árvores visando um manejo mais sustentável das plantações florestais. / The main objective of this thesis was to better understand the functioning of Eucalyptus fine roots (diameter < 2 mm). More specifically, our work aimed at getting insights into the changes in fines roots nutrient uptake changes depending on soil depth and fertilization. Root growth dynamics was also evaluated in mixed plantations with a nitrogen fixing species to test the stress gradient hypothesis. The first chapter aimed at studying the effect of fertilization on the functional specialization of young Eucalyptus fine roots in deep soil layers (Itatinga-SP). We injected NO3-15N, Rb+ (K+) and Sr2+ (Ca2+) tracers simultaneously in a solution at 10, 50, 150 and 300 cm in depth. Determination of foliar Rb+, Sr2+ concentrations and 15N atom % made it possible to estimate the relative uptake potential (RUP), and the Specific RUP, defined as SRUP, per unit of fine root length density in the corresponding soil layer. The RUPs of NO3-15N decreased sharply with depth and the highest values of the SRUPs of NO3-15N were found at a depth of 50 cm. The SRUP of Rb+ and Sr2+ were higher at 300 cm in depth than in the topsoil with an increase in root diameter and a decrease in root tissue density with depth. The SRUP of Rb+ and Sr2+ at a depth of 300 cm was on average 88% higher for fertilized trees than for unfertilized trees. The results suggest that functional specialization of fine roots for nutrient uptake is a stable characteristic of Eucalyptus that can be enhanced by fertilization application. Chapter 2 focused on the ecological processes between Acacia mangium and Eucalyptus under a gradient of nutrient stress. Fine roots were sampled at 16 and 34 months after planting in a randomized block design with two treatments: a mixture with 50% of each species (50A:50E), with and without fertilization. For each treatment, soil samples were collected in 3 blocks at 0-15; 15-30; 30-50 and 50-100 cm at various distances of Eucalyptus and Acacia trees. During this period, two tubes of minirhizotron near eucalypt and Acacia trees in each treatment and block were used to monitoring fine roots growth and turnover. At 16 and 34 months after planting, fine root mass density (RMD) of Eucalyptus was 30% higher than of Acacia and higher in F+ than in F- in the top soil layer (0-15 cm). This result likely showed higher competition of eucalypt roots on Acacia roots in F+ than in F-. In the superficial layer, RMD of Eucalyptus in F- were higher at 34 months near Acacia trees than Eucalyptus trees, that would be consistent with greater N facilitation of Acacia on Eucalyptus in higher N-deficient environment (stress gradient hypothesis). The same N concentration in Eucalyptus leaves in both F+ and F- was also consistent with this hypothesis. Production of Eucalyptus fine roots between the two sampling dates was higher in F- than in F+ in parallel to the increase of RMD of Eucalyptus near Acacia trees. It was not possible to estimate root life span as no root mortality occurred during the study period for both species. Furthers studies should be conducted to better understand the mechanisms of tree nutrient uptake promoting a better sustainable management of forest plantations.

The high cost of restoring tropical forests is one of the greatest obstacle to achieving large-scale restoration. To overcome this barrier, we developed and implemented mixed plantations intercropping Eucalyptus with a high diversity of native tree species. The aim was to create favorable conditions for the regeneration of native species while simultaneously obtaining economic return from the exploitation of Eucalyptus as a commercial pioneer species. The use of Eucalyptus in this system is temporary and it shall be replaced by additional native species after it is harvested. In this research, we covered the main aspects and approaches of the effects of competition on tree growth using data from our restoration experiments. The objective of this research was to test the ecological viability of plantations that temporarily mix Eucalyptus spp. and a high diversity of native tree species during the initial phases of forest restoration as a strategy to offset implementation and maintenance costs. This alternative is investigated with a focus on the consequences of ecological interactions on tree survival and growth in three experiments implemented in the Atlantic Forest of Northeastern and Southeastern Brazil. We compared stands of native trees intercropped with Eucalyptus, traditional restoration plantations, and Eucalyptus monocultures. The thesis is structured in three main parts in which we focus in how the mixtures function compared to restoration plantations and Eucalyptus monocultures. We used forest inventories to understand the effects of competition and assessed ecophysiological parameters to provide insights about the mechanisms that affect tree growth when trees compete for water, light and nutrients. In the first part of the study, we showed that mixed plantations effectively combined high wood yield and tree diversity; that Eucalyptus grew larger in mixtures with native species than in monocultures; that native tree species grew less in mixtures with Eucalyptus; and that the mixing effect was stronger for fast- and intermediate-growing native species. In the second part, we found that mixtures consumed less water than monocultures; that Eucalyptus reduced the hydraulic performance of a fast-growing native species; and that tree growth was influenced by changes in the ecophysiology of water use. In the last part, we showed that a high diversity of nitrogen-fixing native trees facilitated Eucalyptus growth; that Eucalyptus had ~30% higher wood N concentration in mixtures; that native trees growth was not limited by nutrient competition with Eucalyptus; that Eucalyptus may benefit from increased light availability in mixed plantations; and that native species plots intercepted more sunlight than mixtures or Eucalyptus stands. This research has a strong interface between restoration science and practice, and contributed to the development of new ways to restore the tropical forests by allying restoration and production under the ecological and economic perspectives. Our findings indicate how to advance into the future, starting from the current state of art towards forest restoration systems that minimize competition and maximize growth, as an emergent promising alternative to finance tropical forest restoration and overcome the economic barrier that still holds large-scale restoration. This research may be used as a basis to continue adapting silviculture for different regions and forest ecosystems. Looking further into the future, these mixtures may also represent the starting point of a new silvicultural model that brings together production and conservation. The information available may be used by scientists, decision-makers, planners and restorationists to advance in the science and practice of restoration and silviculture in the tropics. / O alto custo de se restaurar as florestas tropicais são um dos maiores obstáculos para se atingir a restauração em larga escala. Para superar essa barreira, nós desenvolvemos e implantamos plantações mistas que intercalam Eucalyptus e uma alta diversidade de espécies arbóreas nativas. O objetivo é criar condições favoráveis para a regeneração das espécies nativas e, ao mesmo tempo, obter retorno econômico da exploração de eucalipto como uma espécie pioneira comercial. O uso do eucalipto nesse sistema é temporário e ele deve ser substituído por espécies nativa adicionais após ser colhido. Nessa pesquisa, nós cobrimos os principais aspectos e abordagens relacionados aos efeitos da competição sobre o crescimento arbóreo utilizando dados dos nossos experimentos. O objetivo dessa pesquisa foi testar a viabilidade ecológica de plantios que consorciam temporariamente eucalipto e uma alta diversidade de espécies arbóreas nativas durante as fases iniciais da restauração ecológica como uma estratégia para compensar parte dos custos de implantação e manutenção. Essa alternativa é investigada com foco nas consequências das interações ecológicas sobre a sobrevivência e o crescimento das árvores em três experimentos implantados na Mata Atlântica do nordeste e sudeste do Brasil. Nós implantamos e comparamos talhões de espécies nativas intercaladas com eucalipto, plantios de restauração tradicionais e monocultivos de eucalipto. A tese é estruturada em três partes principais com foco em como os plantios mistos funcionam em comparação a plantios de restauração e monocultivos de eucalipto. Nós utilizamos inventários florestais para entender os efeitos da competição e estimamos parâmetros ecofisiológicos para investigar os mecanismos que afetam o crescimento arbóreo quando as árvores competem por água, luz e nutrientes. Na primeira parte do estudo, nó mostramos que os plantios mistos combinaram efetivamente alta produção de madeira com diversidade arbórea; que eucalipto cresceu mais em plantios mistos do que em monocultivos; que espécies nativas cresceram menos em consórcio com eucalipto; e que o efeito do consórcio foi maior para espécies de crescimento rápido e intermediário. Na segunda parte, mostramos que plantios mistos consumiram menos água do que monocultivos; que Eucalyptus reduziu a performance hidráulica de uma espécie nativa de rápido crescimento; e que o crescimento das árvores foi influenciado por mudanças na ecofisiologia do uso da água. Na última parte, nós mostramos que uma alta diversidade de espécies arbóreas fixadoras de nitrogênio facilitaram o crescimento de Eucalyptus; que Eucalyptus teve concentração de N ~30% mais alta na madeira, em plantios mistos; que o crescimento de árvores nativas não foi limitado pela competição por nutrientes com eucalipto; que eucalipto pode se beneficiar de maior disponibilidade de luz em plantios mistos; e que parcelas de espécies nativas interceptaram mais luz do que plantios mistos ou monocultivos de eucalipto. Essa pesquisa tem uma forte interface entre a ciência e a prática da restauração, e contribuiu para o desenvolvimento de novas maneiras de se restaurar as florestas tropicais por meio da aliança entre restauração e produção sob as perspectivas ecológica e econômica. Nossas descobertas indicam como avançar no futuro, a partir do estado da arte atual, em direção a sistemas de restauração florestal que minimizem a competição e maximizem o crescimento, como uma alternativa emergente e promissora para compensar os custos da restauração e superar a barreira econômica que ainda impede a restauração em larga escala. Essa pesquisa pode ser utilizada como uma base para se continuar adaptando a silvicultura a diferentes regiões e ecossistemas florestais. Olhando para o futuro mais distante, esses plantios mistos podem também representar um ponto inicial de um novo modelo de silvicultura que alia produção e conservação. A informação disponibilidade deve ser utilizada por cientistas, tomadores de decisão, planejadores e restauradores para avançar com a ciência e a prática da restauração e da silvicultura nos trópicos.

The high cost of restoring tropical forests is one of the greatest obstacle to achieving large-scale restoration. To overcome this barrier, we developed and implemented mixed plantations intercropping Eucalyptus with a high diversity of native tree species. The aim was to create favorable conditions for the regeneration of native species while simultaneously obtaining economic return from the exploitation of Eucalyptus as a commercial pioneer species. The use of Eucalyptus in this system is temporary and it shall be replaced by additional native species after it is harvested. In this research, we covered the main aspects and approaches of the effects of competition on tree growth using data from our restoration experiments. The objective of this research was to test the ecological viability of plantations that temporarily mix Eucalyptus spp. and a high diversity of native tree species during the initial phases of forest restoration as a strategy to offset implementation and maintenance costs. This alternative is investigated with a focus on the consequences of ecological interactions on tree survival and growth in three experiments implemented in the Atlantic Forest of Northeastern and Southeastern Brazil. We compared stands of native trees intercropped with Eucalyptus, traditional restoration plantations, and Eucalyptus monocultures. The thesis is structured in three main parts in which we focus in how the mixtures function compared to restoration plantations and Eucalyptus monocultures. We used forest inventories to understand the effects of competition and assessed ecophysiological parameters to provide insights about the mechanisms that affect tree growth when trees compete for water, light and nutrients. In the first part of the study, we showed that mixed plantations effectively combined high wood yield and tree diversity; that Eucalyptus grew larger in mixtures with native species than in monocultures; that native tree species grew less in mixtures with Eucalyptus; and that the mixing effect was stronger for fast- and intermediate-growing native species. In the second part, we found that mixtures consumed less water than monocultures; that Eucalyptus reduced the hydraulic performance of a fast-growing native species; and that tree growth was influenced by changes in the ecophysiology of water use. In the last part, we showed that a high diversity of nitrogen-fixing native trees facilitated Eucalyptus growth; that Eucalyptus had ~30% higher wood N concentration in mixtures; that native trees growth was not limited by nutrient competition with Eucalyptus; that Eucalyptus may benefit from increased light availability in mixed plantations; and that native species plots intercepted more sunlight than mixtures or Eucalyptus stands. This research has a strong interface between restoration science and practice, and contributed to the development of new ways to restore the tropical forests by allying restoration and production under the ecological and economic perspectives. Our findings indicate how to advance into the future, starting from the current state of art towards forest restoration systems that minimize competition and maximize growth, as an emergent promising alternative to finance tropical forest restoration and overcome the economic barrier that still holds large-scale restoration. This research may be used as a basis to continue adapting silviculture for different regions and forest ecosystems. Looking further into the future, these mixtures may also represent the starting point of a new silvicultural model that brings together production and conservation. The information available may be used by scientists, decision-makers, planners and restorationists to advance in the science and practice of restoration and silviculture in the tropics. / O alto custo de se restaurar as florestas tropicais são um dos maiores obstáculos para se atingir a restauração em larga escala. Para superar essa barreira, nós desenvolvemos e implantamos plantações mistas que intercalam Eucalyptus e uma alta diversidade de espécies arbóreas nativas. O objetivo é criar condições favoráveis para a regeneração das espécies nativas e, ao mesmo tempo, obter retorno econômico da exploração de eucalipto como uma espécie pioneira comercial. O uso do eucalipto nesse sistema é temporário e ele deve ser substituído por espécies nativa adicionais após ser colhido. Nessa pesquisa, nós cobrimos os principais aspectos e abordagens relacionados aos efeitos da competição sobre o crescimento arbóreo utilizando dados dos nossos experimentos. O objetivo dessa pesquisa foi testar a viabilidade ecológica de plantios que consorciam temporariamente eucalipto e uma alta diversidade de espécies arbóreas nativas durante as fases iniciais da restauração ecológica como uma estratégia para compensar parte dos custos de implantação e manutenção. Essa alternativa é investigada com foco nas consequências das interações ecológicas sobre a sobrevivência e o crescimento das árvores em três experimentos implantados na Mata Atlântica do nordeste e sudeste do Brasil. Nós implantamos e comparamos talhões de espécies nativas intercaladas com eucalipto, plantios de restauração tradicionais e monocultivos de eucalipto. A tese é estruturada em três partes principais com foco em como os plantios mistos funcionam em comparação a plantios de restauração e monocultivos de eucalipto. Nós utilizamos inventários florestais para entender os efeitos da competição e estimamos parâmetros ecofisiológicos para investigar os mecanismos que afetam o crescimento arbóreo quando as árvores competem por água, luz e nutrientes. Na primeira parte do estudo, nó mostramos que os plantios mistos combinaram efetivamente alta produção de madeira com diversidade arbórea; que eucalipto cresceu mais em plantios mistos do que em monocultivos; que espécies nativas cresceram menos em consórcio com eucalipto; e que o efeito do consórcio foi maior para espécies de crescimento rápido e intermediário. Na segunda parte, mostramos que plantios mistos consumiram menos água do que monocultivos; que Eucalyptus reduziu a performance hidráulica de uma espécie nativa de rápido crescimento; e que o crescimento das árvores foi influenciado por mudanças na ecofisiologia do uso da água. Na última parte, nós mostramos que uma alta diversidade de espécies arbóreas fixadoras de nitrogênio facilitaram o crescimento de Eucalyptus; que Eucalyptus teve concentração de N ~30% mais alta na madeira, em plantios mistos; que o crescimento de árvores nativas não foi limitado pela competição por nutrientes com eucalipto; que eucalipto pode se beneficiar de maior disponibilidade de luz em plantios mistos; e que parcelas de espécies nativas interceptaram mais luz do que plantios mistos ou monocultivos de eucalipto. Essa pesquisa tem uma forte interface entre a ciência e a prática da restauração, e contribuiu para o desenvolvimento de novas maneiras de se restaurar as florestas tropicais por meio da aliança entre restauração e produção sob as perspectivas ecológica e econômica. Nossas descobertas indicam como avançar no futuro, a partir do estado da arte atual, em direção a sistemas de restauração florestal que minimizem a competição e maximizem o crescimento, como uma alternativa emergente e promissora para compensar os custos da restauração e superar a barreira econômica que ainda impede a restauração em larga escala. Essa pesquisa pode ser utilizada como uma base para se continuar adaptando a silvicultura a diferentes regiões e ecossistemas florestais. Olhando para o futuro mais distante, esses plantios mistos podem também representar um ponto inicial de um novo modelo de silvicultura que alia produção e conservação. A informação disponibilidade deve ser utilizada por cientistas, tomadores de decisão, planejadores e restauradores para avançar com a ciência e a prática da restauração e da silvicultura nos trópicos.