A intensificação ecológica das plantações florestais tropicais (PFT) pela introdução de árvores fixadoras de nitrogênio (AFN) pode levar a maior produção de biomassa e ao aumento dos serviços ecossistêmicos (e.g. manutenção dos recursos hídricos e da biodiversidade, recuperação de áreas degradas e sequestro de carbono). Essa intensificação é particularmente importante nos trópicos, por causa da escassez de solos ricos em nutrientes destinados ao estabelecimento das PFT, e devido aos altos custos ambientais e econômicos do uso de fertilizantes minerais. A facilitação a partir de AFN para não-AFN ocorre pela transferência de N após a decomposição da serapilheira, resíduos culturais, raízes e nódulos e exudados radiculares; ou diretamente com auxílio de redes de micorrizas em comum. Foi usado o traçador 15N para adquirir novas percepções sobre a funcionalidade do nitrogênio de plantações florestais puras e mistas de Eucalyptus e Acacia. O capítulo 2 aborda a variação sazonal da fixação do N2 pela Acacia mangium numa segunda rotação florestal com monoculturas (1111 plantas ha-1) ou associada com Eucalyptus grandis (com 555 plantas por espécie ha-1) (em Itatinga-SP). A competição com árvores de Eucalyptus reduziu o crescimento da Acacia em mistura. Em contraste, Eucalyptus em mistura obtiveram maior crescimento e conteúdo de N por árvore do que em monocultura. Maior fixação de N2 pela Acacia em mistura do que em monocultura pode ser relacionado a mais alta competição das árvores de Eucalyptus do que de Acacia para o N do solo. A maior mineralização do N no monocultivo da Acacia do que no plantio misto após uma rotação florestal pode reduzir a fixação de N2 no monocultivo de Acacia durante a segunda rotação florestal em comparação ao plantio misto. O capítulo 3 focou sobre a transferência de N em curto prazo e abaixo do solo a partir da A. mangium para E. grandis vizinhos, com monitoramento durante 60 dias em um plantio misto com 1111 plantas espécie-1ha-1 (Itatinga-SP). 15N-NO3- foi injetado no fuste de três árvores dominantes de Acacia (com 26 meses de idade). A maior parte das folhas, raízes finas e rizosfera das duas espécies foram enriquecidas com 15N a partir dos 5 dias após a marcação, até 6,2 m a partir da Acacia marcada. Esse estudo destacou que a transferência de N em curto prazo e abaixo do solo poderia prover quantidades significativas do requerimento de N de árvores vizinhas as AFN em florestas mistas. O capítulo 4 abordou os efeitos de resíduos de colheita (RC: folhas, galhos e casca) de A. mangium e E. grandis sobre a dinâmica do N no solo e serapilheira, a absorção de N pelas árvores e a produção de biomassa durante a rotação seguinte de Eucalyptus em monocultivo com 1667 plantas ha-1 (Bofete-SP). O conteúdo de N nos RC da Acacia foi cerca de 3 vezes maior do que RC de Eucalyptus. Os resultados preliminares mostraram que a transferência de N a partir de RC da Acacia para o solo e para árvores de Eucalyptus foi mais rápida (observados aos 3 meses após o replantio) do que a partir de RC de E. grandis (observado aos 7 meses após o replantio). Outros estudos relacionados aos temas abordados em cada capítulo são apresentados nos Apêndices. Esta tese destaca o potencial de uso de AFN para promover a intensificação ecológica de PFT. / Ecological intensification of tropical forest plantations (TFP) through the introduction of nitrogen-fixing trees (NFTs) may lead to higher biomass production and to enhancement of ecosystem services (e.g. maintenance of water resources and biodiversity, land reclamation and carbon sequestration). Such intensification can be particularly important in tropics, because of the scarcity of nutrient-rich land area devoted for TFP, and environmental and economic constraints with the use of mineral fertilizers. Facilitation from NFTs to non-NFTs can occur through N-transfer after decomposition of litter, roots and nodules and pruning residues, roots exudates or through common mycorrhizal networks. We used 15N tracers to gain insights into nitrogen functioning of pure and mixed-species plantations of Eucalyptus and Acacia. Chapter 2 deals with the seasonal variation of N2 fixation by Acacia mangium in a second stand rotation of monoculture (1111 trees ha-1) or associated with Eucalyptus grandis (with 555 trees ha-1 for each species) (in Itatinga-SP). Competition with Eucalyptus trees depleted Acacia tree growth in mixture. By contrast, individual Eucalyptus tree growth and N content were higher in mixed-species plantations than in monoculture. Higher N2 fixation by Acacia in mixture than in pure stand may be linked to higher competition of Eucalyptus trees than Acacia trees for soil N. Higher soil N mineralization in pure Acacia stand than in mixture after one stand rotation may deplete N2 fixation in Acacia monoculture during the second rotation in comparison to mixture. Chapter 3 focuses on the short-term belowground N transfer from A. mangium to E. grandis neighbors, monitored during 60 days in a mixed-species plantation with 1111 trees ha-1 for each species (Itatinga-SP). 15N-NO3- was injected in the stem of three big Acacia trees (26 months of age). Most of leaves, fine roots and rhizosphere samples of both species were 15N enriched from 5 days after labelling onwards, up to 6.2 m from the labelled Acacias. Our study highlights that short-term belowground N transfer may provide significants amounts of the N requirements of neighbors of N-fixing trees in mixed-species forests. Chapter 4 deals with the effect of harvested residues (HRs: leaves, branches and bark) of A. mangium and E. grandis on litter and soil N dynamics, N tree uptake and tree biomass production during a following rotation of Eucalyptus in monoculture with 1667 trees ha-1 (Bofete-SP). N content of Acacia HRs was 3 times higher than of Eucalyptus HRs. Our preliminary results showed that N transfer from Acacia HR to the soil and to replanted Eucalyptus trees was more rapid (3 months after replanting) than from N transfer from E. grandis HRs (7 months of age). Other studies related to the chapters are presented in Appendices. Our study highlights the potential use of the NFTs to promote the ecological intensification of TFP.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:53:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 873405 bytes, checksum: 00e1836436bd5e67bdb282bd48874008 (MD5) Previous issue date: 2010-02-12 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The eucalypt plantations generate a large amount of residues after the tree harvest. The residues, when left on the soil may become a potential contributor to the C fraction of soil organic matter, or CO2 to the atmosphere. The Residue decomposition is complex and it leads to causes changes in the chemical composition and in the microorganism succession that is able to use the residue with distinct compositions. In addition, the soil and climate characteristics and the tillage adopted may have strong influence on the decomposition rate of the harvest residue. In this context, a field experiment was carried out at six different locations in Brazil: Eunápolis-BA, Aracruz-ES, Belo Oriente, Virnigópolis, Três Marias e João Pinheiro - MG. The purpose was to evaluate the decomposition rate of the eucalyptus residues and the soil C-CO2 efflux under different managements tillage. Instead of using litter bags, tubes of polyvinyl chloride (PVC) with 15 cm of diameter and 15 cm length, were inserted 10 cm deep into the soil, and then, the treatments applied. The treatments consisted of a 2x2x3 factorial combinations (with and without the addition of 200 kg/ha of N as ammonium nitrate with residue kept on the surface or incorporated in the soil at a depth of 5 cm, in the absence of residue, residue with or without. The experimental design was randomized blocks with plots split in time, with four repetitions. The tubes were kept in the field during 0, 90, 180 e 365 days, occasions at which they were excavated, immediately transported to the laboratory and incubated in a respirometry room, so that the evolution of de C-CO2 could be assessed. The eucalypt residues contribution to respired CO2 was estimated based on the natural variation of 13C/12C-CO2. Subsequently, the residue was separated from the soil, dried at 65 ºC and weighted to obtain the residual dry matter (MSREM) in the four assessed time intervals. Exponential equations were fitted to the MSREM data, which, enabled the assessment half-life (t1/2) of the residue. It was observed that in regions where the soil is sandy, the rate of the harvest residue decomposition was greater, the stabilization of C derived from the eucalypt residue was smaller and the labile C and N contents were smaller. The N fertilization resulted in a smaller contribution of eucalypt residue to the C- CO2 efflux (resulting in a greater stabilization of residue - derived C) and greater content of labile N. The incorporation of eucalypt residue into the soil accelerated its decomposition and, in the absence of bark, increased the residue contribution to the respired CO2, indicating a smaller stabilization in the soil. The presence of bark resulted in a greater C-CO2 evolution; however, it reduced the contribution of the respired CO2, indicating greater C residue stabilization in SOM, especially in sandier soils. / Os plantios de eucalipto geram grande quantidade de resíduos após a colheita das árvores. Esses resíduos quando deixados no solo podem ser potenciais contribuintes para a estabilização de C nas frações da matéria orgânica, ou fonte de CO2 para a atmosfera. Entretanto, a decomposição dos resíduos é complexa, e envolve mudanças químicas do substrato e na sucessão de microrganismos capazes de utilizar resíduos com composições distintas. Além disso, as características de solo e clima e, o tipo de manejo adotado, também podem ter forte influência sobre a taxa de decomposição dos resíduos da colheita. Neste contexto, conduziu-se um experimento de campo em seis diferentes locais do Brasil; Eunápolis-BA, Aracruz- ES, Belo Oriente, Virnigópolis, Três Marias e João Pinheiro - MG. O objetivo foi avaliar as taxas de decomposição dos resíduos de eucalipto e o efluxo de C-CO2 dos solos, adotando-se diferentes manejos. Ao invés de usar litter bags, tubos de policloreto de vinila (PVC) com 15cm de diâmetro e 15 cm de altura foram inseridos até 10 cm de profundidade no solo e, em seguida, foi feita a aplicação dos tratamentos. Os tratamentos consistiram de um fatorial 2x2x3 (com e sem adição de 200 kg/ha de N na forma de nitrato de amônio, com resíduos mantidos a superfície ou incorporados a cinco cm de profundidade, na ausência de resíduos, resíduos sem casca e resíduos com casca). O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados com parcelas subdivididas no tempo, em quatro repetições. Os tubos permaneceram no campo durante 0, 90, 180 e 365 dias, ocasiões em que foram escavados, transportados imediatamente para o laboratório e incubados em sala de respirometria para a avaliação da evolução de C-CO2. A contribuição dos resíduos de eucalipto para o CO2 respirado foi feita com base na variação natural da razão 13C/12 C-CO2. Posteriormente, os resíduos foram separados do solo, secos à temperatura de 65 ºC e, pesados para a mensuração da matéria seca remanescente (MSREM) nos quatro tempos avaliados. Equações exponenciais foram ajustadas aos dados de MSREM, as quais possibilitaram estimar os tempos médios de meia-vida (t1/2) do resíduo no campo. Observou-se que nas regiões onde o solo é arenoso, a taxa de decomposição dos resíduos da colheita de eucalipto foi maior, a estabilização do C derivado do resíduo menor e os teores de C e N lábeis menores. A adubação nitrogenada resultou em menor contribuição do resíduo de eucalipto para o efluxo de C-CO2 (resultando em maior estabilização do C derivado do resíduo) e maiores teores de N lábil. A incorporação de resíduos de eucalipto ao solo acelerou sua decomposição e, na ausência de casca, aumentou a contribuição do resíduo para o CO2 respirado, apontando para menor estabilização desses nos solos. A presença de casca resultou em maior evolução de C-CO2, mas, reduziu a contribuição dos resíduos para o C-CO2 respirado, indicando maior estabilização do C do resíduo na MOS, especialmente nos solos mais arenosos.

A intensificação ecológica das plantações florestais tropicais (PFT) pela introdução de árvores fixadoras de nitrogênio (AFN) pode levar a maior produção de biomassa e ao aumento dos serviços ecossistêmicos (e.g. manutenção dos recursos hídricos e da biodiversidade, recuperação de áreas degradas e sequestro de carbono). Essa intensificação é particularmente importante nos trópicos, por causa da escassez de solos ricos em nutrientes destinados ao estabelecimento das PFT, e devido aos altos custos ambientais e econômicos do uso de fertilizantes minerais. A facilitação a partir de AFN para não-AFN ocorre pela transferência de N após a decomposição da serapilheira, resíduos culturais, raízes e nódulos e exudados radiculares; ou diretamente com auxílio de redes de micorrizas em comum. Foi usado o traçador 15N para adquirir novas percepções sobre a funcionalidade do nitrogênio de plantações florestais puras e mistas de Eucalyptus e Acacia. O capítulo 2 aborda a variação sazonal da fixação do N2 pela Acacia mangium numa segunda rotação florestal com monoculturas (1111 plantas ha-1) ou associada com Eucalyptus grandis (com 555 plantas por espécie ha-1) (em Itatinga-SP). A competição com árvores de Eucalyptus reduziu o crescimento da Acacia em mistura. Em contraste, Eucalyptus em mistura obtiveram maior crescimento e conteúdo de N por árvore do que em monocultura. Maior fixação de N2 pela Acacia em mistura do que em monocultura pode ser relacionado a mais alta competição das árvores de Eucalyptus do que de Acacia para o N do solo. A maior mineralização do N no monocultivo da Acacia do que no plantio misto após uma rotação florestal pode reduzir a fixação de N2 no monocultivo de Acacia durante a segunda rotação florestal em comparação ao plantio misto. O capítulo 3 focou sobre a transferência de N em curto prazo e abaixo do solo a partir da A. mangium para E. grandis vizinhos, com monitoramento durante 60 dias em um plantio misto com 1111 plantas espécie-1ha-1 (Itatinga-SP). 15N-NO3- foi injetado no fuste de três árvores dominantes de Acacia (com 26 meses de idade). A maior parte das folhas, raízes finas e rizosfera das duas espécies foram enriquecidas com 15N a partir dos 5 dias após a marcação, até 6,2 m a partir da Acacia marcada. Esse estudo destacou que a transferência de N em curto prazo e abaixo do solo poderia prover quantidades significativas do requerimento de N de árvores vizinhas as AFN em florestas mistas. O capítulo 4 abordou os efeitos de resíduos de colheita (RC: folhas, galhos e casca) de A. mangium e E. grandis sobre a dinâmica do N no solo e serapilheira, a absorção de N pelas árvores e a produção de biomassa durante a rotação seguinte de Eucalyptus em monocultivo com 1667 plantas ha-1 (Bofete-SP). O conteúdo de N nos RC da Acacia foi cerca de 3 vezes maior do que RC de Eucalyptus. Os resultados preliminares mostraram que a transferência de N a partir de RC da Acacia para o solo e para árvores de Eucalyptus foi mais rápida (observados aos 3 meses após o replantio) do que a partir de RC de E. grandis (observado aos 7 meses após o replantio). Outros estudos relacionados aos temas abordados em cada capítulo são apresentados nos Apêndices. Esta tese destaca o potencial de uso de AFN para promover a intensificação ecológica de PFT. / Ecological intensification of tropical forest plantations (TFP) through the introduction of nitrogen-fixing trees (NFTs) may lead to higher biomass production and to enhancement of ecosystem services (e.g. maintenance of water resources and biodiversity, land reclamation and carbon sequestration). Such intensification can be particularly important in tropics, because of the scarcity of nutrient-rich land area devoted for TFP, and environmental and economic constraints with the use of mineral fertilizers. Facilitation from NFTs to non-NFTs can occur through N-transfer after decomposition of litter, roots and nodules and pruning residues, roots exudates or through common mycorrhizal networks. We used 15N tracers to gain insights into nitrogen functioning of pure and mixed-species plantations of Eucalyptus and Acacia. Chapter 2 deals with the seasonal variation of N2 fixation by Acacia mangium in a second stand rotation of monoculture (1111 trees ha-1) or associated with Eucalyptus grandis (with 555 trees ha-1 for each species) (in Itatinga-SP). Competition with Eucalyptus trees depleted Acacia tree growth in mixture. By contrast, individual Eucalyptus tree growth and N content were higher in mixed-species plantations than in monoculture. Higher N2 fixation by Acacia in mixture than in pure stand may be linked to higher competition of Eucalyptus trees than Acacia trees for soil N. Higher soil N mineralization in pure Acacia stand than in mixture after one stand rotation may deplete N2 fixation in Acacia monoculture during the second rotation in comparison to mixture. Chapter 3 focuses on the short-term belowground N transfer from A. mangium to E. grandis neighbors, monitored during 60 days in a mixed-species plantation with 1111 trees ha-1 for each species (Itatinga-SP). 15N-NO3- was injected in the stem of three big Acacia trees (26 months of age). Most of leaves, fine roots and rhizosphere samples of both species were 15N enriched from 5 days after labelling onwards, up to 6.2 m from the labelled Acacias. Our study highlights that short-term belowground N transfer may provide significants amounts of the N requirements of neighbors of N-fixing trees in mixed-species forests. Chapter 4 deals with the effect of harvested residues (HRs: leaves, branches and bark) of A. mangium and E. grandis on litter and soil N dynamics, N tree uptake and tree biomass production during a following rotation of Eucalyptus in monoculture with 1667 trees ha-1 (Bofete-SP). N content of Acacia HRs was 3 times higher than of Eucalyptus HRs. Our preliminary results showed that N transfer from Acacia HR to the soil and to replanted Eucalyptus trees was more rapid (3 months after replanting) than from N transfer from E. grandis HRs (7 months of age). Other studies related to the chapters are presented in Appendices. Our study highlights the potential use of the NFTs to promote the ecological intensification of TFP.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:53:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 344201 bytes, checksum: 2b89e81ca6bb9f45e63c01796c88fdd6 (MD5) Previous issue date: 2008-05-23 / Eucalypt plantation areas in Brazil have increased continuously over the years. The practice of removing more lignified material, such as bark and branches, from the ground after wood harvesting in eucalypt forests may prevent the stabilization of carbon (C) in recalcitrant fractions of soil organic matter (SOM). The recalcitrance of such organic fractions is due to the presence of chemical compounds which are toxic to soil microorganisms, thus delaying the decomposition of stable SOM. It is well known that the residues of eucalypt bark and branches is effective in maintaining a protective mulch against soil erosion and the compaction of soils by harvesting machines. Little is known about the effectiveness of this more resistant material in increasing SOM levels, as well as about the factors which may influence its stabilization. The chemical quality of the available substrates markedly influences SOM decomposition and, possibly, its stabilization, and decomposition rates are a consequence of the type and relative concentration of some of the chemical compounds in residues. Nitrogen (N) status in soil may also influence C stabilization in SOM fractions. This work aimed at determining C levels in different eucalypt plant parts and evaluating the effect of higher N availability in C conversion efficiency from those plat parts to SOM labile and stable fractions based on the natural abundance of 13C. The experiment was set up in na incubation room (25°C) with soil collected in na area under pasture (Brachiaria brizantha) from the town of Paula Cândido, Minas Gerais State, and harvest residues of the eucalypt hybrid Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla from Aracruz, Espírito Santo State. The experiment was designed as randomized blocks, in a 6 x 2 x 6 factorial, which consisted of five residue treatments (no residues or N, leaves, branches, bark, roots, and a mixture of residues), two N treatments (no N, and the application of 50mg dm-3 N), and six incubation periods (0, 15, 30, 60, 120, and 240 days). The quantity of residues applied to soil was equivalent to the application of 20g kg-1 of C to soil. The N source was dissolved in deionized water so to increase soil water content to 80% HE. The application of eucalypt residues to soil favored a fast increase in soil microbial biomass (SMB) C, and nitrogen fertilization favored fast microbial growth, especially when leaves residues are added. Residue application, especially bark, branches and the mixture of residues, alters the allocation pattern of C derived from the residues on soil, favoring its stabilization in the humin fraction, apparently reallocated from humic acids. Nitrogen application did not favor the increase of C levels in soil humic substances but favored the cycling of C from the light fraction when labile residues (leaves) were applied and decreased its decomposition when more recalcitrant residues (bark, branches, and roots) were applied. Nitrogen application helps to stabilize C from eucalypt residues, especially in treatments with more recalcitrant residues. Eucalypt bark residue application was more effective in stabilizing C in SOM heavy fraction. Most of the residue derived C, mainly from bark and branches, was stabilized in soil humin fraction. / Os plantios de eucalipto no Brasil vêm aumentando sistematicamente e a retirada de material mais lignificado como cascas e galhos da área de cultivo, após a colheita de madeira, pode desfavorecer a estabilização de C em frações estáveis da matéria orgânica do solo (MOS). Esses materiais são tidos como recalcitrantes devido à presença de compostos químicos recalcitrantes, se tornando pouco acessíveis ao ataque microbiano, retardando sua decomposição. É conhecido que resíduos de cascas e galhos de eucalipto são eficazes no que se diz respeito à manutenção de cobertura morta, atuando como barreira contra erosão e redução da compactação pelas máquinas de baldeio de madeira. No entanto, pouco se conhece sobre a efetividade desses resíduos em repor a MOS, bem como os fatores que alteram a estabilização, desses materiais em suas frações. A qualidade do substrato é componente chave na decomposição e, possivelmente, na estabilização da MOS, sendo as taxas de decomposição conseqüência do tipo e concentração relativa de alguns componentes químicos nos resíduos. Além disso, a presença de N, no solo, pode auxiliar a estabilização de C em frações da MOS. Assim, o presente trabalho teve como objetivo determinar os teores de C bem como avaliar o efeito da maior disponibilidade de N na eficiência de conversão de C de diferentes componentes de plantas de eucalipto em frações lábeis e estáveis da MOS com base na variação da abundância natural do 13C. O experimento foi montado em sala de incubação (25 ºC) utilizando-se solo coletado em área predominantemente sob pastagem (Brachiaria brizantha) no município de Paula Cândido-MG e resíduos de colheita do híbrido Eucalyptus grandis x E. urophylla coletados em área experimental no município de Aracruz-ES. O experimento consistiu de um fatorial 6 x 2 x 6, referente a cinco resíduos de eucalipto (folhas, galhos, cascas, raízes, e resíduos combinados) mais a testemunha (sem adição de resíduo ou N), presença (50 mg dm-3) ou ausência de N em seis tempos de incubação (0, 15, 30, 60, 120 e 240 dias). Os resíduos foram aplicados ao solo com o equivalente a 20 g kg-1 de C no solo. A fonte de N foi diluída em água deionizada a fim de elevar a umidade do solo a 80 % EU, individualmente. A aplicação de resíduos de eucalipto ao solo aumenta os teores de C na BMS, e a adubação nitrogenada favorece o rápido crescimento microbiano, principalmente quando se adicionam resíduos de folhas. A adição de resíduos, especialmente casca e galho e combinado de resíduos, altera o padrão de alocação do C derivado do resíduo no solo, favorecendo sua estabilização na fração humina em detrimento da fração ácidos húmicos. A adição de N não favorece o aumento nos teores de C nas substâncias húmicas do solo mas favorece a ciclagem do C da fração leve quando se aplicam resíduos lábeis (folhas) e reduz a sua decomposição quando da aplicação de resíduos mais recalcitrantes (cascas, galhos e raízes). A presença do N auxilia na estabilização de C provenientes de resíduos de eucalipto, com maior freqüência em tratamentos com resíduos de maior recalcitrância (cascas e raízes). O resíduo de casca de eucalipto quando adicionado ao solo foi mais eficiente em estabilizar C na fração pesada da MOS. Das frações húmicas do solo, a fração humina foi onde se estabilizou a maior proporção do C derivado dos resíduos de eucalipto, principalmente cascas e galhos.