Hydrological and biogeochemical process in watersheds a semideciduous mesophytic forest in Campinas, SP

Orientador: José Teixeira FilhoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de GeociênciasResumo: Sob a perspectiva do reflexo das atividades antrópicas na ciclagem de nutrientes em fragmentos florestais, este estudo tem como objetivo analisar os processos hidrológicos e biogeoquímicos nas interfaces atmosfera-planta-solo em duas bacias hidrográficas (B1 e B2) com predominância de cobertura florestal na Área de Relevante Interesse Ecológico Mata de Santa Genebra, em Campinas¿SP, mas em um contexto urbano-agrícola. Para atingir esse objetivo calculou-se o balanço hídrico das referidas bacias, pelo monitoramento da chuva incidente, chuva interna, interceptação pela serrapilheira e escoamento superficial. Em todas estas parcelas, analisou-se a transferência de N e P. Também foram consideradas as seguintes variáveis: características da vegetação, produção, taxa de decomposição e nutrientes da serrapilheira e o Índice de Área Foliar (IAF). O IAF medido em campo e expandido para as áreas de estudo, foi relacionado às variáveis monitoradas, com uso de ferramenta de geoprocessamento para mudança de escala para as bacias. Os balanços foram determinados nas bacias para o ano de 2013, totalizando 1143 mm de chuva incidente (PI), sendo que a chuva interna da cobertura vegetal (PC) correspondeu em B1 a 77% e a interceptação (IC) a 23% e em B2 a 76% e 24% respectivamente. A chuva interna da serrapilheira (PS) representou 86,8% de PC e a parcela interceptada (IS) pelas folhas mortas a 13,2% em B1. Em B2, a relação entre PS e PC foi de 86,3% e IS correspondeu a 13,7%. O escoamento superficial representou 18% e 15% e as perdas 48,5 e 50% de PI, em B1 e B2 respectivamente. A produção média de serrapilheira foi de 7,93 ton.ha¿1.ano¿1, tendo seu maior pico em setembro de 2013. A taxa de decomposição (K) obtida para o material foliar foi de 0,7, com o tempo para decomposição de 50% do material estimado em 339 dias e o tempo de renovação em 2,3 anos. A ciclagem de nutrientes pela serrapilheira foi analisada por meio da concentração, transferência anual e Eficiência no Uso do Nutriente. A concentração dos elementos na serrapilheira total anual produzida correspondeu à seguinte ordem decrescente: N>Ca>K>Mg>S>P. A transferência anual dos nutrientes via serrapilheira ao solo foi de 341,2 kg.ha-1ano-1 e o EUN apresentou a sequência P>S>Mg>Ca>K>N. O fluxo de N e P aumentou em relação à chuva incidente, ao passar pelo dossel sendo estimados em 10,2 e 10,3 kg.ha-1.ano-1, respectivamente nas bacias B1 e B2, e N total foi de 37,8 e 38,7 kg.ha-1.ano-1. Na chuva interna da serrapilheira, a contribuição de P em B1 foi de 14,3 e, em B2,14,4 kg.ha-1.ano-1. Para o N, os valores foram menores que ao passar por PC, 32,5 (B1) e 33 kg.ha-1.ano-1 (B2). A modelagem hidrológica, em função do Índice de Área Foliar mostrou-se uma ferramente adequada para mudança de escala dos dados obtidos pelos coletores para as bacias hidrográficas, permitindo uma análise e entendimento dos processos biogeoquímico e hidrológico na escala temporal e espacial.Abstract: From the perspective of reflection of human activities on nutrient cycling in forest fragments, this study aims to analyze the hydrological and biogeochemical process in the atmosphere-plant-soil interfaces in two watersheds (B1 and B2), with predominance of forest cover in the Area of Relevant Ecological Interest Mata de Santa Genebra (ARIE MSG), in Campinas (SP, Brazil), focused on an urban-rural context. To achieve the stabilished goal, the water balance of these watersheds was calculated, by monitoring the incident rain, throughfall, interception by litterfall, and runoff. With an analytical aproach, the transfer of N and P was analyzed. The following variables were considered as well: vegetation characteristics, production, decomposition rate and nutrients from the litterfall and the Leaf Area Index (LAI). The LAI, measured in the field and scientifically expanded to the areas of study, was related to the monitored variables, using geoprocessing tools to change the scale for the basis. The balances were determined for the watersheds in 2013, totalizing 1143 mm of rainfall (PI), within the vegetation cover throughfall (PC) corresponding to 77% and the interception (CI) to 23% in B1, and to 76% and 24% respectively in B2. The litterfall throughfall (PS) represented 86,8% of PC and the intercepted portion (IS) by dead leafs, 13.2% in B1. On the other hand, the ratio of PS and PC was of 86.3% and the IS corresponded to 13.7% in B2. The runoff performed 18 and 15% and the losses, 48.5 e 50%, in B1 and B2, respectively. The average production of litterfall was 7.93 ton.ha-1.year-1 and the peak production was observed in September 2013. The decomposition rate (K) obtained for the leaf material was 0.7, with time for decomposing 50% of the material estimated in 339 days and renewal time of leaf material in 2.3 years. The cycling of nutrients by the litterfall was analyzed in terms of concentration, annual transfer and Efficient Use of Nutrient (EUN). The elements concentration in the total annual litterfall produced were concluded to follow a descending order: N>Ca>K>Mg>S>P. The nutrients annual transfer to the ground through litterfall was of 341.2 kg.ha-1.year-1 and the EUN presented the sequence: P>S>Mg>Ca>K>N. The N and P flow increased relatively to incident rain while passing through the canopy, being estimated at 10.2 and 10.3 kg.ha-1.year-1, respectively in the watersheds B1 and B2, and the total N was 37.8 and 38.7 kg.ha-1.year-1. In litterfall throughfall, it was 14.3 in B1 14.4 kg.ha-1.year-1 in B2. To N, the values was minor: 32.5 (B1) e 33 kg.ha-1.year-1 (B2). The hydrological modelling based on the Leaf Area Index was proved to be a suitable tool for scaling the data obtained by the watersheds collectors, allowing the assertive analysis and full understanding of biogeochemical and hydrological processes in both time and spatial scalesDoutoradoAnálise Ambiental e Dinâmica TerritorialDoutora em Ciência