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Teores de carbono, nitrogênio e biomassa de horizontes orgânicos acumulados sobre solos de diferentes plantios florestais em Rio Negro-PR

  1. 1. TEORES DE CARBONO, NITROGÊNIO E BIOMASSA DE HORIZONTES ORGÂNICOS ACUMULADOS SOBRE SOLOS DE DIFERENTES PLANTIOS FLORESTAIS EM RIO NEGRO-PR Bárbara Sloboda1 , Cristine Gobel Donha2 , Daniel da Silva Carvalho1 , Fabiana de Medeiros Silveira2 , Francihele Cardoso Müller1 , Kelly Geronazzo Martins2 , & Renato Marques3 (1) Mestrandos do Programa de Pós Graduação em Ciência do Solo, UFPR. Rua dos Funcionários, 1540, Juvevê, Campus I, Curitiba-PR, Cep 80035-050, bar.sloboda@yahoo.com.br ; (2) Doutorandos do Programa de Pós graduação em Engenharia Florestal da UFPR; Av. Lothário Meissner, 3400, Jardim Botânico, Campus III, Curitiba-PR, CEP 80210-170.; (3) Professor Adjunto, Universidade Federal do Paraná. Rua dos Funcionários, 1540, Juvevê, Curitiba-PR, CEP 80035-050. Resumo – O objetivo deste estudo foi caracterizar os horizontes orgânicos, determinar sua biomassa e quantificar os teores de C e N na serapilheira acumulada sobre solo em plantios de diferentes espécies florestais na Estação de Pesquisas Florestais da UFPR, em Rio Negro-PR. As espécies estudadas foram Cryptomeria japonica, Ocotea porosa e Pinus sp. A serapilheira acumulada foi coletada em outubro de 2010 com auxílio de um gabarito de 20 x 20 cm, separada em diferentes horizontes orgânicos e seca em estufa de ventilação forçada à 60ºC por 48 horas para determinação da fitomassa por fração e total. O solo foi coletado até a profundidade de 10 cm, sendo analisados os teores de NO3 - , P, Mg, Ca, K e pH. As análises de C e N foram realizadas em analisador elementar modelo Vario El II, sendo os elementos determinados após combustão. O delineamento experimental foi do tipo inteiramente casualizado com 5 repetições para cada variável dependente (Carbono, Nitrogênio, C:N e biomassa), em cada horizonte amostrado (fator). Em relação à fitomassa o cultivo que apresentou a maior quantidade de serapilheira acumulada foi o pinus velho (51,7 t/ha), seguido do cultivo de criptomeria (45,4 t/ha), pinus novo (26,6 t/ha) e imbuia (14,7 t/ha). Com exceção do pinus velho, todos os horizontes orgânicos apresentaram diferença estatística (p<0,05) para fitomassa, porcentagem de C e relação C:N. Os resultados mostram que as diferentes espécies florestais contribuem de forma diferenciada para a formação dos horizontes orgânicos em sítios florestais. Palavras-Chave: carbono, floresta, nitrogênio, serapilheira, solo. INTRODUÇÃO Os solos presentes nas regiões tropicais e subtropicais são na sua grande maioria ácidos e possuem baixa fertilidade. Essas características se devem a alta lixiviação de nutrientes devido à baixa fixação dos mesmos, principalmente do nitrogênio (Silva et al 1984). Sendo assim a maioria das florestas encontradas no Brasil encontram-se sobre esses tipos de solos. A biomassa florestal é explorada por indústrias, e sua produção e manutenção são dependentes da quantidade de nutrientes encontrados neste bioma (Brown e Lugo 1992). Com o avanço na idade das florestas, uma parte desses nutrientes é suprida pela ciclagem, cuja dinâmica desse processo é dependente de vários fatores, como espécies envolvidas, idade do povoamento, tipo de solo e condições climáticas. Desta forma, a compreensão deste processo em um ambiente florestal é de extrema importância para o entendimento e auxilio nos tratos culturais dentro do ecossistema florestal. O objetivo do trabalho foi caracterizar os horizontes orgânicos, determinar sua biomassa e quantificar os teores de C e N na serapilheira acumulada sobre solos em plantios de diferentes espécies florestais na Estação de Pesquisas Florestais da UFPR, em Rio Negro-PR. MATERIAL E MÉTODOS Caracterização da área O trabalho foi conduzido na Estação de Pesquisas Florestais da UFPR no município de Rio Negro, PR. A cidade situa-se a latitude 26º 06’ S e longitude de 49º 48’ W, com altitude média de 847m s.n.m. O clima é classificado segundo Koeppen, como Cfb, com precipitação média anual de 1420 mm e temperatura média anual de 16,6ºC. Tratamentos e amostragens As espécies estudadas no presente trabalho foram: Ocotea porosa (Nees & Mart) Barroso com idade aproximada de 44 anos; Cryptomeria japonica (D.F) D. Don com idade aproximada de 30 anos; e Pinus sp. L. com idades aproximadas de 20 anos (novo) e 44 anos (velho). As coletas ocorreram em outubro de 2010, sendo 5 amostras por povoamento florestal, utilizando-se uma régua graduada e uma pá de corte. A serapilheira acumulada foi coletada com um gabarito de 20 x 20 cm, separada em diferentes horizontes orgânicos de acordo com Reissmann (1983) e seca em estufa de ventilação forçada à 60ºC por 48 horas para determinação da fitomassa por fração e total. Para medição da biomassa utilizou-se balança com três dígitos de precisão. As amostras foram moídas em moinho da marca Fritsch modelo pulverisette 14 com peneira de 0,5 mm. O solo foi coletado até a profundidade de 10 cm, logo abaixo do ponto de coleta de serapilheira. A análise
  2. 2. - XXXIII CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO - - Resumo Expandido - 2 química foi realizada nos Laboratórios de Biogeoquímica e Nutrição Mineral de Plantas e Biogeoquímica (LABINP) do DSEA/UFPR, sendo N e C determinados por combustão em analisador elementar modelo Vario E1 II. A caracterização química do solo foi feita segundo Marques e Motta (2003). Análise estatística O estudo seguiu um delineamento experimental inteiramente casualizado com 5 repetições para cada variável dependente (Carbono, Nitrogênio, C:N e biomassa), em cada horizonte amostrado (fator), excetuando-se o Pinus velho, que foi amostrado com 4 repetições. Após a checagem da homogeneidade das variâncias pelo teste de Levenes a 5% de significância (Zar, 1999), as variáveis dependentes foram testadas isoladamente pela anova com uma fonte de variação. Quando o teste F apresentava significância a 5%, a diferença entre as médias foi assegurada pelo teste de Duncan 5% de significância. Para visualização de possíveis agrupamentos das espécies em função da biomassa, carbono, nitrogênio e relação C/N dos horizontes amostrados, foi efetuada uma análise de cluster, pelo método de ligação Furthest Neighbor e a distância Euclidiana (McCune e James 2002). RESULTADOS E DISCUSSÃO Através da morfologia foi possível subdividir a serapilheira acumulada em seis horizontes orgânicos distintos: Ln, Lv, Fn, Fv1, Fv2 e raiz. O plantio que apresentou maior biomassa total de serapilheira foi o pinus velho (51,7 t/ha), seguido do cultivo de criptomeria (45,4 t/ha), pinus novo (26,6 t/ha) e imbuia (14,7 t/ha). Tabela 1 Trevisan et al. (1987) encontraram valores de fitomassa total maiores (86,8 t/ha) em plantios de Pinus taeda L., com 15 anos, na região de Ponta Grossa-PR, e subdividiram a serapilheira em seis horizontes orgânicos diferentes (Ln1, Ln2, Lv, LvFr, Fr1 e Fr2). Porém Reissmann (1983) encontrou valores menores de fitomassa (34,8 t/ha) em um plantio de Pinus elliotti Engelm., também com 15 anos, na região metropolitana de Curitiba-PR, e diferenciou em cinco horizontes orgânicos (Ln1, Ln2, Lv1, Lv2 e Fr). Na figura 1 é apresentada a análise de agrupamento com base nos dados de biomassa, carbono, nitrogênio e relação C:N nos horizontes orgânicos dos diferentes sítios florestais. Observa-se de maneira geral que a imbuia (1) formou um grupo homogêneo em função das características de seu horizonte orgânico. Assim como o pinus novo (3) que também formou um grupo em função de algumas características de seus horizontes. Já a criptomeria (2) e o pinus velho (4) não formaram grupos distintos, não evidenciando diferenças entre os horizontes. 0 2 4 6 8 10 1 1 1 1111 111 111 11 1 1111 2 2 22 22 2 2 22 2 222 33 3 3 33 333 333 3 34 44 444 4 4 44 44 Figura 1. Cluster de agrupamento das espécies florestais estudadas na Estação de Pesquisas Florestais/UFPR, Rio Negro, PR. 1- Imbuia, 2- Criptomeria, 3- Pinus novo, 4- Pinus velho. Em relação à biomassa de serapilheira produzida pelo plantio de O. porosa (imbuia) apenas o horizonte Fn apresentou diferença estatística entre os demais, por apresentar uma produção média de 5,9 t/ha enquanto o restante permaneceu entre 1,7 – 2,8 t/ha. A relação C:N diferiu significativamente entre as médias de todos os horizontes. Observa-se ainda que essa relação diminui à medida que desce nos horizontes orgânicos, mostrando um aumento da mineralização nas camadas orgânicas mais profundas (Ln>Lv>Fn>Fv). Em relação ao teor de nitrogênio, os horizontes Ln, Lv e Fn apresentaram diferenças entre médias. Já o teor de carbono apenas o horizonte Fv (30,8%) apresentou diferença em relação aos demais horizontes Ln, Lv e Fn (43% a 49%). A biomassa produzida pela Criptomeria japonica também apresentou diferença estatística entre os horizontes orgânicos, sendo os maiores valores encontrados no horizonte Fv2 (21,9 t/ha). Os dados de carbono apresentaram diferenças entre os horizontes orgânicos, sendo sua maior acumulação nos horizontes Ln, Lv e Fn (48-47%). Entretanto os valores de nitrogênio não apresentaram diferenças estatísticas significativas. A relação C:N revelou significância distinta, com maiores quantidades de carbono encontrado nos horizontes orgânicos superficiais (Ln>Lv>Fn>Fv1>Fv2), reduzindo com a profundidade. No plantio de Pinus novo, a análise de variância demonstrou diferença significativa para biomassa entre os horizontes avaliados, sendo que Fv apresentou a maior média (13,3 t/ha), seguido de Fn, Lv, e Raiz. Ao avaliar o carbono observou-se significância estatística entre os horizontes, onde a maior média encontrada foi em Lv (45,9%) e a menor em Fv (22,7%). Em contrapartida não obteve diferença estatística para o teor de nitrogênio. Quanto à relação C:N, verificou-se que esta apresentou diferença entre os horizontes, onde a maior média foi obtida no horizonte Lv (38,8%) e a menor em Fv (23,6%), resultado que representa o aumento da decomposição do material à medida que a profundidade aumenta com exceção da camada raiz, a qual apresentou maior relação C:N que Fv, pois resíduos com baixa relação C:N são decompostos mais rapidamente que aqueles com alta relação (Marques et al., 2000) e, no caso da raiz, tal resultado pode ser explicado pela maior presença de fibras e resistência à decomposição do material analisado.
  3. 3. - XXXIII CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO - - Resumo Expandido - 3 No plantio de Pinus velho não houve diferença estatística na biomassa da serapilheira e na porcentagem de N entre os horizontes. Para a porcentagem de carbono apenas o horizonte Fv2 se diferiu dos demais, enquanto que na relação C:N apenas os horizontes Fv1 e Fv2 se mostraram homogêneos. Entretanto os valores de C e C:N seguiram uma queda decrescente de acordo com a profundidade do horizonte. Apesar de não terem sido significativos, nota-se que os valores da porcentagem de N aumentam conforme a profundidade do horizonte, situação inversa à relação C:N e porcentagem de C. A alta relação C:N, nos horizontes superficiais também foi observada por Reissman (1983), e está relacionada com a velocidade relativamente lenta de decomposição de resíduos orgânicos em áreas florestais povoadas com coníferas, em função da alta produção de serapilheira e por fatores como o alto teor de lignina e polifenois desse material, o que ocasiona uma alta relação C:N, refletindo numa lenta decomposição e maior acúmulo de material sobre o solo (Balbinot et al. 2000). A qualidade do sítio também deve ser levada em consideração, sendo encontrados níveis baixos de pH e de macronutrientes na área estudada (tabela 2), podendo influenciar diretamente na decomposição realizada pelos microrganismos, acumulando dessa forma, quantidades significativas de matéria orgânica na camada mais profunda dos horizontes. (Reissmann e Wisniewski 2000). CONCLUSÕES 1. As diferentes espécies florestais contribuíram de forma diferenciada para a formação dos horizontes orgânicos sobre o solo mineral, tanto em sua distribuição vertical quanto em sua composição em C e N. 2. As coníferas, independentemente da idade, mostraram maior fitomassa acumulada sobre o solo, sendo isto provavelmente devido a um maior aporte (não medido) de fitomassa ao longo dos anos e também devido a uma menor taxa de decomposição de sua serapilheira, mais pobre em N em comparação com o sítio da espécie folhosa (imbuia). 3. Existência de um maior número de frações F nos sítios com coníferas reforça a menor taxa de decomposição nestes sítios, que pode ser explicada pela maior relação C:N em sua serapilheira. Assim a imbuia deve contribuir mais rapidamente para a liberação de nutrientes para o solo mineral em comparação com as espécies coníferas. REFERÊNCIAS BALBINOT, R.; SCHUMACHER, M. V.; HERNANDES, J. I. Carbono orgânico em uma floresta de Pinus taeda na região de Cambará do Sul-RS. In: FOREST 2000, Porto Seguro. Anais… Rio de Janeiro: Instituto Biosfera, 2000. p. 56-57. BROWN, S.; LUGO, A. E. Aboveground biomass stimates for tropical moist forests of the Brazilian Amazon. Interciencia, Caracas, v. 17, n. 1, 8:18, 1992. MARQUES, R.; MOTTA, A. C. V. Análise química de solo para fins de fertilidade. In: Marcelo Ricardo de Lima. (Org.). Manual de diagnóstico da fertilidade e manejo dos solos agrícolas. 2 ed. Curitiba: Universidade Federal do Paraná, 2003. p. 82-102. MARQUES, T. C. L. L. S. M.; VASCOCELOS, C.A.; PEREIRA, FILHO, I. Evolvimento de dióxido de carbono e mineralização de nitrogênio em latossolo vermelho-escuro com diferentes manejos. Pesqesuisa Agropecuária Brasileira,v.35, n.3, p.581-589, 2000. MCCUNE, B.; JAMES, B. Grace Analysis of Ecological Communities. MJM, 2002, Oregon USA. 300p. REISSMANN, C. B. Morfologia dos horizontes de húmus em florestas de coníferas exóticas no Sul do Brasil. Revista do Setor de Ciências Agrárias, Curitiba, v. 5, p.11-16, 1983. REISSMANN, C. B.; WISNIEWSKI, C. Aspectos nutricionais de plantios de Pinus. In: GONÇALVES, J. L. M.; BENEDETTI, V. (Eds.) Nutrição e fertilização florestal. Piracicaba: IPEF, 2000. p.135-166. SILVA, J.B.C. da; NOVAIS, R.F. de; SEDIYAMA, C.S. Comportamento de genótipos de soja em solo com alta saturação de alumínio. Pes. Agro. Bras., v.19, n.3, 287:298, 1984. TREVISAN, E.; REISSMANN, C.B.; KOEHLER, C.W; LIMA, J.M.J.C. Morfologia de horizontes orgânicos acumulados sob povoamento de Pinus taeda L. em três sítios distintos. Revista do Setor de Ciências Agrárias, Curitiba, v.9, p.59-62, 1987. ZAR, J.H., 1999. Biostatistical analysis. Prentice-Hall, New Jersey.
  4. 4. - XXXIII CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO - - Resumo Expandido - 4 Tabela 1. Biomassa média, porcentagem de carbono, nitrogênio e relação C/N total e por fração da serapilheira acumulada sob plantios de diferentes espécies florestais, na Estação de Pesquisas Florestais da UFPR em Rio Negro/PR. Pinus sp. Pinus sp. Ocotea porosa Criptomeria japonica (pinus novo) (pinus velho) Biomassa C N C/N Biomassa C N C/N Biomassa C N C/N Biomassa C N C/NHorizontes orgânicos (t/ha) (%) (%) (t/ha) (%) (%) (t/ha) (%) (%) (t/ha) (%) (%) Ln 1,7 b 49,0 a 2,03 b 24,2 a 3,1 b 47,8 a 1,16 a 43,3 a - - - - 4,8 a 47,0 a 0,95 a 50,1 a Lv 2,8 b 47,5 a 2,25 ab 21,2 b 4,7 b 47,7 a 1,14 a 43,0 a 4,6 bc 45,9 a 1,18 ab 38,8 a 7,0 a 45,2 a 1,11 a 42,2 ab Fn 6,0 a 43,4 a 2,47 a 17,6 c 3,4 b 47,3 a 1,16 a 41,0 ab 5,5 b 39,3 ab 1,34 a 29,1 b 7,7 a 41,9 a 1,13 a 37,5 b Fv1 1,7 b 30,9 b 2,0 b 15,5 d 2,3 b 44,4 a 1,34 a 33,1 bc 13,3 a 22,7 c 0,95 b 23,6 b 9,4 a 35,9 a 1,28 a 28,1 c Fv2 - - - - 21,9 a 26,5 b 1,09 a 23,7 d - - - - 9,5 a 24,9 b 1,01 a 24,6 c Raiz - - - - 7,3 b 34,8 ab 1,21 a 28,4 cd 1,3 c 35,3 b 1,24 ab 28,3 b - - - - Miscelania 2,6 43,8 1,92 23,0 2,7 45,8 1,08 42,7 2,0 45,6 1,06 44,3 13,2 42,9 0,91 47,2 Total 14,7 42,9 2,13 20,3 45,4 42,0 1,17 36,5 26,6 37,7 1,16 32,8 51,7 39,6 1,07 38,3 Médias seguidas da mesma letra em cada coluna não diferem estatisticamente pelo teste de Duncan a 5% de significância. Tabela 2. Atributos químicos do solo em plantios de diferentes espécies florestais, na Estação de Pesquisas Florestais da UFPR em Rio Negro/PR. Tratamento pH Al + H Al K Ca Mg SB T P V m C N H2O CaCl2 SMP *****************cmolc/dm3 **************** g/dm3 *******%****** O. porosa 4,1 3,6 5,0 10,7 2,00 0,05 0,09 0,11 0,25 10,9 1,0 2,2 13,6 2,92 0,16 C. japonica 4,3 3,6 5,1 10,2 1,98 0,03 0,10 0,07 0,20 10,4 1,7 1,9 13,6 2,47 0,13 Pinus sp. novo 3,9 3,6 5,1 9,8 2,04 0,04 0,09 0,04 0,17 9,9 1,8 1,6 18,8 2,15 0,11 Pinus sp. velho 3,8 3,5 5,0 10,8 2,62 0,04 0,09 0,05 0,18 11,0 2,9 1,6 19,2 2,46 0,11

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