Aporte de serapilheira, fauna edáfica e matéria orgânica do solo em diferentes sistemas de restauração florestal

Abstract

A composição e as características funcionais de espécies vegetais possuem grande efeito no funcionamento de ecossistemas florestais. Entretanto, o conhecimento das relações entre as características da vegetação com processos relacionados à ciclagem de nutrientes em sistemas em processo de restauração ecológica ainda é incipiente. Investigamos os efeitos de sítios e sistemas de restauração com composição e estrutura contrastantes na produção de serapilheira e na transferência de nutrientes, na fauna associada à serapilheira e na matéria orgânica do solo (MOS). Estudamos um experimento que foi implantando em 1997, no Câmpus da UNESP/FCA, em Botucatu, SP, em dois sítios com distintas características edáficas, sendo um localizado na Fazenda Lageado, que é caracterizado por apresentar textura argilosa e de maior fertilidade (Sítio 1 - Nitossolo Vermelho) e o outro localizado na Fazenda Edgardia, apresentando textura arenosa e menor fertilidade (Sítio 2 - Argissolo Vermelho Amarelo). O experimento foi delineado em blocos ao acaso, com cinco tratamentos (sistemas de restauração) e três repetições, em parcelas de 50 x 50 m (2500 m2). Em cada sítio foram implantados quatro sistemas de restauração, que se diferenciaram pelo número e composição de espécies utilizadas: semeadura direta (SEM), sistema agroflorestal (AGR), comercial para madeira e lenha (CML) e diversificado (DIV). Também faz parte do experimento um sistema controle (CON), em que não foi feito plantio (restauração passiva), e se encontra em processo de sucessão natural. Próximo a cada sítio estudamos também um fragmento de Floresta Estacional Semidecidual, como referência (REF). Caracterizamos todos os sistemas de restauração e a floresta de referência quanto ao número de espécies (riqueza rarefeita), densidade, área basal, porcentagem de indivíduos de espécies que se associam com bactérias fixadoras de nitrogênio atmosférico e porcentagem de indivíduos de espécies decíduas. Os sistemas que produziram maior quantidade de serapilheira e nutrientes, independentemente das condições do sítio, foram o comercial (CML) e o diversificado (DIV), devido, respectivamente, à maior proporção de indivíduos de espécies potencialmente fixadoras de nitrogênio atmosférico e maior riqueza de espécies. O comercial e o diversificado também foram os sistemas que mais se diferiram do controle e mais se assemelharam à referência. Os sistemas de restauração não influíram na estruturação e composição da fauna, tampouco diferiram do controle e da floresta de referência, sendo as condições do sítio e a sazonalidade os principais fatores responsáveis pelas diferenças ocorridas, um reflexo principalmente da umidade do solo e dos teores de P e Ca da serapilheira estocada. Embora nossos resultados indiquem que a riqueza de espécies e a porcentagem de fixadores de nitrogênio possuem forte influência na dinâmica da MOS, seus efeitos foram constatados somente no Sítio 1, devido à maior quantidade de argila; no Sítio 2, a grande quantidade de areia implicou em baixos teores de MOS. No Sítio 1, mesmo que não tenhamos verificado diferenças entre os sistemas de restauração, nossos resultados indicaram que os sistemas comercial e diversificado são os sistemas que mais se parecem com a floresta de referência, destacando-se o consórcio comercial que, além de altos valores de estoques, apresentou semelhanças com a referência nos valores de nitrogênio total, carbono orgânico total, abundância natural de 15N e carbono associado aos minerais (COam). A partir de uma análise integradora dos diferentes processos aqui estudados, nossos resultados sugerem que, em sentido amplo, a utilização de espécies com características particulares (por exemplo, com potencial de se associar com bactérias fixadoras de nitrogênio atmosférico) é tão eficaz na restauração dos processos de ciclagem de nutrientes, quanto sistemas com alta riqueza de espécies.

Functioning of forest ecosystems is greatly affected by composition as well as functional traits of plant species. However, the relationship between vegetation traits with nutrient cycling related processes in ecological restoration is so far under explored in the literature. We investigated the effects of tree species traits on different aspects of nutrient cycling (litter and nutrients production, litter-associated fauna and soil organic matter - SOM) in different ecological restoration systems. We analyzed a long-term experiment implemented in 1997, at the Campus of UNESP/FCA in Botucatu, at two sites with different soil characteristics. Site 1 has a clayey and higher fertility soil (a fertile loamy Ultisol) and Site 2 has a sandy texture and lower fertility soil (Alfisol). The experiment was designed in randomized blocks with five treatments (restoration systems) and three replications in 50 x 50 m plots (2500 m²). Four different restoration systems were implanted at each site. Restoration systems are differentiated by the number and composition of species used: direct seeding (SEM), agroforestry (AGR), commercial timber and firewood and (CML) and diversified (DIV). A control system (CON), with no planting and natural succession processes are following its own way (passive restoration) was also analyzed. Furthermore, we studied a fragment of seasonal semideciduous forest next to each site as a reference (REF). We assessed the number of species (rarefied richness), density, basal area and percentage of nitrogen fixing species and percentage of individuals of deciduous species in all restoration systems and forest reference. Litter and nutrient yield were higher both in the commercial (CML) and diversified (DIV) systems, regardless of site condition, which was due, respectively, to the largest proportion of individuals of putative nitrogen fixing species and higher species richness in those systems. The commercial and diversified systems were also the ones who most differed from the control and were the most similar to the reference. Restoration systems did not influence the soil fauna community structure, neither differed from the control and reference forest, while site conditions and seasonality were the main factors explaining differences, a reflection mainly of soil moisture and levels of P and Ca from litter stock. Although our results indicate that species richness and percentage of nitrogen-fixing species had a major influence on SOM dynamics, this was only observed at Site 1, due to the greater clay content. In Site 2, the high sand proportion resulted in low SOM levels. In Site 1, athought we have not found differences amidst restoration systems, our results indicated that the commercial mixed planting (CML) and diversified (DIV) systems were the most similar ones to the reference forest, especially the COM, regarding total nitrogen, total organic carbon, natural 15N abundance and carbon associated with minerals (COam). By means of an integrative analysis of all processes studied here, our results suggest that the choice of species with particular traits (for example, putative nitrogen biological fixation) are as effective at restoring processes nutrient cycling, as systems with high species richness.