Dinâmica da serapilheira e fluxos de Gases de Efeito Estufa em plantios de eucalipto e vegetação nativa do Cerrado

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Florestal, 2018.Em ecossistemas florestais a dinâmica da serapilheira e os fluxos de Gases de Efeito Estufa pode variar ao longo do tempo, de acordo com as condições edafoclimáticas de cada região. Solos florestais são importantes fontes de N2O e comumente possuem comportamento de dreno em relação ao CH4. Entretanto, é importante considerar a variabilidade temporal desses fluxos. Este estudo avaliou a dinâmica sazonal, bem como as interações com os condutores ambientais da serapilheira e dos fluxos de CH4 e N2O de solos sob plantios de eucaliptos e vegetação nativa do Cerrado. O estudo foi realizado no Distrito Federal, Brasil em três áreas: plantações de eucaliptos híbridos (Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis) implantados em 2011 (E1) e em 2009 (E2) e vegetação nativa do Cerrado (CE). Para isso, procederam as coletas da serapilheira produzida, estocada e sua massa remanescente, ao longo de 720 dias. A avaliação da massa remanescente de serapilheira, em cada área foi realizada a partir da distribuição aleatória de litter bags sobre o solo. Foram realizadas análises químicas e dos componentes estruturais da parede celular da serapilheira remanescente. Também foi determinado o C estocado na serapilheira. Para coleta de gases as amostras de ar foram coletadas usando uma câmara de fechamento manual e a concentração de gás foi determinada por cromatografia gasosa. A temperatura do ar e do solo, o espaço poroso saturado por água (EPSA) e as concentrações de nitrogênio mineral, nitrato (NO3 -) e amônio (NH4 +) também foram monitorados. O comportamento dos fluxos diários de gases foi analisado para cada época (chuvosa e seca) e ano (acumulado anual). Como principais resultados foi verificado efeito da sazonalidade na produção de serapilheira. Para ambos os anos de avaliação foi observada maior biomassa e C na serapilheira no E2. Em contrapartida, a maior taxa de decomposição foi para o CE, especialmente no segundo ano de avaliação (massa remanescente aos 720 dias de 35 %, 37 % e 23 % para E1, E2 e CE, respectivamente), o que foi atribuído a maior liberação aparente de N, umidade do solo e biodiversidade na área nativa. Os teores de lignina aumentaram, os de celulose diminuíram e os de hemicelulose ficaram estáveis ao longo dos 720 dias, sugerindo que a decomposição da celulose é proporcional à perda de serapilheira e que a resistência à decomposição de lignina ocorre pelo menos até dois anos de avaliação. Também foi observado um aumento na concentração dos nutrientes N e P da massa remanescente e correlações positivas entre massa remanescente e as relações C:N e C:P. A relação C:N da serapilheira foi ≥ 76:1 no tempo 0 e ≥ 30:1 aos 720 dias para as três áreas. Os resultados do presente estudo reforçam a importância de pesquisas de longo prazo principalmente para decomposição de serapilheiras em ecossistemas florestais. Quanto aos fluxos de CH4 e N2O não houve um padrão claro em resposta às variações sazonais entre as áreas. Durante o período de estudo os fluxos médios de CH4 foram -22,48 -8,38 e -1,31 μg e os fluxos médios de N2O foram 5,45, 4,85 e 3,85 μg de para as áreas de E1, E2 e CE, respectivamente. Ao longo do período de avaliação, os influxos acumulados de CH4 foram de -1,86 a -0,63 kg ha-1 ano-1 (ano 1) e de -1,85 a -1,34 kg ha-1 ano-1 (ano 2). Os fluxos cumulativos de N2O nas três áreas foram ≤ 0,85 kg ha-1 ano -1 no ano 1 e ≤ 0,44 kg ha-1 ano-1 no ano 2. Esta avaliação também sugeriu que os picos de fluxos de CH4 e N2O ocorrem apenas alguns dias por ano e, portanto, têm pouco impacto nos fluxos anuais totais. A análise de todo o período de estudo indicou a captação de CH4 da atmosfera e a contribuição do CH4 e N2O para o potencial de aquecimento global (PAG) variou de 82 a 228 Kg CO2 eq ha-1 ano-1 para os plantios de eucalipto e de 57 a 82 Kg CO2 eq ha-1 ano-1 e vegetação nativa do Cerrado, e que conversão das áreas de uso para plantios florestais representou uma opção efetiva para a mitigação do potencial de emissão de gases de efeito estufa.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).In forest ecosystems the litter dynamics and fluxes of the studied gases effects can vary over time, according to the edaphoclimatic conditions of each region. Forest soils are N2O sources and commonly act as CH4 sinks. However, the temporal variability of these fluxes must be taken into account. This study evaluated the seasonal dynamics as well as the interactions with the environmental drivers of the litter and CH4 and N2O fluxes from soils under eucalyptus plantations and native Cerrado vegetation. The study was carried out in Distrito Federal, Brazil, in three areas: hybrids eucalyptus plantations (Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis) planted in 2011 (E1) and in 2009 (E2), and native Cerrado vegetation (CE). For this, the produced litter, stored litter and the remaining mass was collected over 720 days. The evaluation of the remaining litter mass in each area was performed from the random distribution of 648 litter bags on the soil. Chemical analyzes (N, P, C) and the structural components of the cell wall (lignin, cellulose and hemicellulose) of the remaining litter were performed. The C of the litter stock was also determined. For gas sampling the air samples were collected using manual close chamber and gas concentration was determined by gas chromatography. Air and soil temperature, water-filled pore space (WFPS), and concentrations of mineral nitrogen, nitrate (NO3 -), and ammonium (NH4 +) were also monitored. The behavior of the daily gas fluxes was analyzed for each season (rainy and dry) and year (annual cumulative total). The main results showed seasonal effect on litter production. For both years of evaluation were observed higher biomass and C content in litter at E2. In contrast, the highest decomposition rate was for the CE, especially in the second year of evaluation (mass remaining at 720 days of 35 %, 37 % and 23 % for E1, E2 and CE, respectively), attributed to the higher apparent liberation of N, soil moisture and biodiversity in the native area. Lignin contents increased, cellulose decreased, and hemicellulose remained stable throughout the 720 days, suggesting that the cellulose decomposition is proportional to the loss of litter and that resistance to lignin decomposition occurs at least up to two years of evaluation. It was also observed an increase in the N and P nutrients concentration of the remaining mass and positive correlations among the remaining mass and the C:N and C:P ratios. The C:N ratio of litter was ≥ 76:1 at time 0 and ≥ 30:1 at 720 days for the three areas. The results of the present study reinforce the importance of long term research, mainly for the decomposition of litter in forest ecosystems. As for the CH4 and N2O fluxes there was no clear pattern in response to seasonal variations between areas. During the study period, mean CH4 fluxes were -22.48 -8.38 and -1.31 and the mean N2O fluxes were 5.45, 4.85 and 3.85 μg m-2 h-1 for the E1, E2 and CE, respectively. Throughout the evaluation period, cumulative CH4 influxes were -1.86 to -0.63 kg ha-1yr-1 (year-1) and -1.85 to -1.34 kg ha-1yr-1 (year-2). The cumulative N2O fluxes in the three areas were ≤0.85 kg ha-1yr-1 in year 1 and ≤0.44 kg ha-1yr-1 in year 2. This evaluation also suggested that high CH4 and N2O pulses occur on only a few days a year and therefore have little impact on the total annual fluxes. The analysis of the entire study period indicated CH4 uptake from the atmosphere and the contribution of CH4 and N2O to global warming potential (GWP) ranged from 82 to 254 Kg CO2 eq ha-1 yr-1 for eucalyptus plantations and from 83 to 98 Kg CO2 eq ha-1 yr-1 in the native vegetation of Cerrado, and that the conversion of use areas to forest plantations was an effective option for the mitigation of greenhouse gas emission potential