Relação entre diversidade arbórea e aspectos do ciclo biogeoquímico de uma floresta monodominante de Brosimum rubescens Taub. e uma floresta mista no Leste Mato-grossense

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Ecologia, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, 2007.As florestas tropicais monodominantes são vegetações raras, onde uma única espécie responde por mais de 50% da biomassa arbórea total. No leste mato-grossense ocorrem porções de floresta monodominante de Brosimum rubescens Taub. (Moraceae), uma espécie arbórea de grande porte que responde por mais de 80% da biomassa arbórea total na comunidade. Esta situação é adequada para testar a influência da alta dominância e baixa diversidade de espécies arbóreas em funções-chave do ecossistema, como ciclagem de nutrientes. Atualmente, um dos assuntos mais debatidos no meio científico é a participação da biodiversidade em aspectos funcionais do ecossistema, incluindo o ciclo biogeoquímico e as conseqüências de suas alterações. Para verificar se a alta dominância de Brosimum rubescens afeta o ciclo biogeoquímico, alguns aspectos da ciclagem de nutrientes de uma floresta monodominante (MB) (14º50’47’’ S e 52º08’37’’ W) foram investigados e comparados com uma floresta mista adjacente (MM) (14º49’32’’ S e 52º06’20’’ W), de baixa dominância de Brosimum rubescens e alta diversidade de espécies arbóreas. Hipotetizou-se que B. rubescens influencia as taxas de produção de serapilheira, decomposição foliar e liberação de nutrientes, com conseqüências na serapilheira, como relação Mg/Ca alta (desfavorável), liberação de Mn em quantidades possivelmente tóxicas e baixa concentração de macronutrientes em função da suposta maior eficiência de uso dos nutrientes (EUN). Para tanto, verificouse: a) produção de serapilheira (seis frações + total) e retorno de nutrientes (N, P, K, Ca, Mg e Mn) durante dois anos; b) taxa de retranslocação e EUN de seis espécies mais comuns e co-ocorrentes e a EUN total da comunidade nas duas matas nos períodos de seca e chuva; c) taxa de decomposição da serapilheira foliar e liberação de nutrientes (macronutrientes + Mn) ao longo de um ano nas frações de folhas mistas (FM) e folhas de Brosimum (FB); d) aspectos químicos (macronutrientes + Mn) e físicos (densidade, umidade e espessura) da camada de serapilheira em duas épocas do ano e f) dinâmica da água no solo ao longo de um ano e parâmetros hidráulicos do solo em laboratório. Encontramos diferenças entre as matas na produção de serapilheira, concentrações e quantidade de diferentes nutrientes em diversas frações, mas não no padrão da serapilheira total produzida em cada ano, na média dos dois anos (7,41 t.ha-1 na MB e 7,94 t.ha-1 na MM) e na quantidade total retornada de cada nutrientes no ano, à exceção de Ca, que reflete os níveis mais elevados deste nutriente no solo da MM. O total anual de nutrientes retornado pela queda da serapilheira foi 201.45 kg.ha-1 (MB) e 245,54 kg.ha-1 (MM, incluindo Ca). Situação semelhante foi encontrada para retranslocação e EUN, com várias diferenças entre as espécies nas duas matas para folhas verdes e senescentes, mas não em relação à EUN total das duas áreas. O padrão se repetiu também nas taxas de decomposição, que não diferiram entre as áreas aos 366 dias após o começo do experimento. A constante de decomposição das folhas mistas (ke) foi 0,99 na MB e 0,98 na MM. Da mesma forma, a espécie monodominante não apresentou evidências de interferência nas condições físico-químicas da camada de serapilheira em relação à MM adjacente. As diferenças mais evidentes entre as duas áreas se referem à retenção de Ca e P nas primeiras fases da decomposição na MB seguido de forte liberação final (58,3% e 62,1% do total inicial). O mesmo foi verificado para Mn, condição consistente com a hipótese de liberação do elemento em quantidades possivelmente tóxicas. A dominância de Brosimum parece não estar relacionada à fatores hídricos do solo, uma vez que a curva de retenção de água apresenta o mesmo padrão nas duas áreas. Para explicar porque a excessiva dominância de Brosimum influenciou pouco no ciclo biogeoquímico, sugerimos a ocorrência de uma combinação casual de espécies, resultando em um arranjo funcional da MB similar ao da MM, processo que denominamos de encaixe mínimo, uma combinação provavelmente rara na natureza. Sugerimos novos estudos para verificar qual arranjo de grupos funcionais poderia estar ocorrendo nesta combinação. _______________________________________________________________________________ ABSTRACTTropical monodominant forests in which one species represents more than 50% of the above ground biomass are a rare vegetation type. One of these forests is found in the eastern region of the State of Mato Grosso where the tree species Brosimum rubescens Taub. (Moraceae), accounts for more than 80% of the above ground biomass of the forest community. This situation presents the possibility of testing the influence of high dominance and low species diversity on key functions of the ecosystem, such as nutrient cycling. A currently debated topic is the role of biodiversity in functional aspects of the ecosystem, including biogeochemical cycling and the consequences of alterations. To verify if the high dominance of Brosimum rubescens affected the biogeochemical cycle, several aspects of nutrient cycling were investigated and compared between the monodominant forest (MB) (14º50’47’’ S e 52º08’37’’ W) and an adjacent mixed species forest (MM) (14º49’32’’ S e 52º06’20’’ W), with low dominance of Brosimum rubescens and high tree species diversity. The following hypotheses were raised: B. rubescens influenced the rates of litter production and decomposition and nutrient liberation, with the following consequences, unfavorable Mg/Ca ratio, liberation of Mn in possibly toxic concentration and low concentration of macronutrients as a consequence of a higher nutrient use efficiency (NUE). The following data were collected: a) litter production (six fractions and total) and nutrient demand (N, P, K, Ca, Mg e Mn) during two years; b) translocation rate and NUE for the six commonest tree species that occurred in both forests and the total NUE of the community in both areas and during in dry and wet seasons; c) decomposition rate of leaf litter and liberation of nutrients (macronutrients and Mn) through the year in mixed leaf samples (FM) and leaves of Brosimum (FM); d) biochemical aspects (macronutrients and Mn) and physical aspects (density, humidity and thickness) of the litter layer in dry and wet seasons and e) water dynamics in the soil over one year and hydraulic properties of the soil in the laboratory. Differences in litter production between forests, concentration and nutrient demand were verified in several fractions but not for the total litterfall pattern of each year, two year average (7,41 t.ha-1 for MB and 7,94 t.ha-1 for MM) and total annual amount of nutrients returned, with the exception of Ca that reflects the higher levels of this nutrient in the soil in the MM forest. The total annual nutrient returned by litterfall (demand) was 201.45 kg.ha-1 (MB) and 245,54 kg.ha-1 (MM, including Ca). A similar pattern was found for retranslocation and NUE with various differences among species in the two forests for green and senescent leaves, but not in relation to the total NUE in both areas. This pattern was repeated in the decomposition rates, that were not different between areas in the year following the start of the experiment. The mixed leaves decomposition constant (ke) was 0,99 (MB) and 0,98 (MM). The monodominant species did not present evidence of interference in the physical chemical conditions of the litter layer in relation to the adjacent MM. The most important differences between the areas were in the retention of Ca and P in the initial stages of mixed leaf litter decomposition in the MB followed by a strong release of these elements (58,3% and 62,1% of the initial amounts). The same trend was observed for Mn, consistent with the hypothesis of liberation of large amounts of this element in possibly toxic concentrations. The dominance of Brosimum did not seem to be related to soil water, conditions, since the water retention curve in the soil had the same pattern in both forests. To explain why the high dominance of Brosimum had so low an influence on the biogeochemical cycle the occurrence of a combination of causal factors of functional groups was suggested resulting in a functional arrangement in the MB similar to that of the MM, a process called a “minimum fit”, probably a rare combination in nature