Dynamics of growth and nutritional functioning of Eucalyptus fine roots in function of fertilization and association with nitrogen fixing species

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