Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2018-06-21T13:20:20Z No. of bitstreams: 1 Sueide Karina da Silva.pdf: 3765138 bytes, checksum: 84cce5093739cc7123ad1a2d603746a5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-21T13:20:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sueide Karina da Silva.pdf: 3765138 bytes, checksum: 84cce5093739cc7123ad1a2d603746a5 (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / The production of several crops in most tropical soils is limited by the need for nitrogen fertilization. Biological nitrogen fixation (BNF) has the potential to reduce the use of nitrogen fertilizers in agricultural systems with low input use, common in several areas of Northeast Brazil. Leguminosae and grasses are plants capable of fixing N in association with diazotrophic bacteria and in intercropped crops part of the N fixed in the legumes can be transferred to the grasses, contributing significantly to the increase of N stocks in the system. The objective of this work was to evaluate BNF and N transfer between plants in intercropped and single crops of C4 grasses (maize, Zea mays L., sorghum, Sorghum bicolor (L.) Moench .; and millet, Pennisetum glaucum (L. ) and legumes (cowpea and cowpea), as well as the effect of these crops on soil physical and hydraulic attributes. A greenhouse experiment was conducted using samples from the surface layer of a Planosols collected in the city of Belo Jardim, semiarid region of Pernambuco. The treatments consisted of single and intercropping cultures of three grass species and three intercalary species, with a factorial arrangement using a randomized block design, with four replications. Each experimental plot consisted of a vase, always with two plants, that could be of the same species or of different species, according to the treatment. Sunflower was inserted in the experiment to be used as an N-fixing nonbinding intermediate species, as well as pots grown with cotton and castor bean, to be used as reference plants for BNF estimates using the δ15N (‰) method. Grasses presented biomass ranging from 23.91 to 41.76g / plant, and the consortia did not increase productivity in relation to isolated crops. The presence of compatible rhizobial populations in the soil was demonstrated by the natural nodulation of legumes. It was verified that the grass species does not alter the nodulation of legumes. Grasses did not get nitrogen from the atmosphere. The legumes fixed high proportions of atmospheric nitrogen, varying between 67% and 87% of the N absorbed by the plant. There was no nitrogen transfer from the legumes to the associated grasses. The soil collected from each vase in the volumetric rings presented PR varying from 0.90 to 1.36 MPa and being within the ideal limit for the root development of the plants. The percentage of macropores was higher in the consortium with cowpea (8.46%) than in single crop (5.42%). Macroporosity and total soil porosity may have influenced natural nodulation and nodule biomass in legumes. / A produção de diversas culturas na maioria dos solos tropicais é limitada pela necessidade de adubação nitrogenada. Afixação biológica do nitrogênio (FBN) possui potencial de reduzir o uso de fertilizantes nitrogenados em sistemas agrícolas de baixo uso de insumos, comuns em diversas áreas do Nordeste do Brasil. Leguminosas e gramíneas são plantas com capacidade de fixar N em associação com bactérias diazotróficas e em cultivos consorciados parte do N fixado nas leguminosas pode ser transferido para as gramíneas, contribuindo de forma significativa para o aumento dos estoques de N no sistema. O objetivo deste trabalho foi avaliar a FBN e a transferência de N entre plantas em cultivos consorciados e solteiros de gramíneas C4 (milho, Zea mays L.;sorgo, Sorghum bicolor (L.) Moench.; e milheto, Pennisetum glaucum (L.) R. Br.) e leguminosas (feijão-caupi e feijão-de-porco), bem como o efeito desses cultivos sobre os atributos físico-hídricos do solo. Foi conduzido um experimento em casa de vegetação, utilizando amostras da camada superficial de um Planossolo coletado no município de Belo Jardim, Semiárido de Pernambuco. Os tratamentos consistiram em cultivos solteiros e consorciados de três espécies de gramíneas e três espécies intercalares, com arranjo fatorial utilizando delineamento em blocos ao acaso, com quatro repetições. Cada parcela experimental consistiu em um vaso, sempre com duas plantas, que podiam ser da mesma espécie ou de espécies diferentes, de acordo com o tratamento. Foi inserido o girassol no experimento para ser utilizado como espécie intercalar não fixadora de N, assim como vasos cultivados com algodão e mamona, para serem utilizadas como plantas referência para estimativas da FBN pelo método do δ15N (‰). As gramíneas apresentaram biomassa variando entre 23,91 e 41,76 g planta-1 ,sendo que os consórcios não aumentaram a produtividade em relação aos cultivos isolados.A presença de populações rizobianas compatíveis no solo foi demonstrada pela nodulação natural das leguminosas. Constatou-se que a espécie de gramínea não altera a nodulação das leguminosas. As gramíneas não obtiveram nitrogênio da atmosfera. As leguminosas fixaram altas proporções de nitrogênio atmosférico, variando entre 67% e 87% do N absorvido pela planta. Não houve transferência do nitrogênio das leguminosas para as gramíneas associadas. O solo coletado de cada vaso nos anéis volumétricos apresentaram RP variando de 0,90 a 1,36 MPa estando dentro do limite ideal para o desenvolvimento radicular das plantas. A percentagem de macroporos foi maior no consórcio com feijão-caupi (8,46%) do que em cultivo solteiro (5,42%). A macroporosidade e porosidade total do solo podem ter influenciado a nodulação natural e a biomassa de nódulos nas leguminosas.

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.

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.