Prediction of nitrogen availability and response potential to nitrogen fertilization in eucalyptus plantations

Respostas à fertilização nitrogenada têm sido observadas apenas em condições de solo muito especiais, como nos Espodossolos e nos solos muito degradados. Contudo, considerando as altas taxas de exportação de N e o possível esgotamento das reservas de N orgânico potencialmente mineralizável, espera-se que as florestas manejadas intensivamente respondam à fertilização nitrogenada após vários ciclos de cultivo. Os objetivos desse estudo foram: a) caracterizar as taxas anuais e os padrões sazonais de mineralização de N em povoamento de eucalipto em solos representativos do Estado de São Paulo; b) determinar as relações entre as taxas de mineralização de N e atributos físicos e químicos do solo; c) avaliar a relação entre a disponibilidade de N e a resposta à fertilização nitrogenada; d) avaliar a eficiência de atributos específicos do solo e de características ambientais para estimar a taxa de mineralização de N. Onze experimentos de fertilização, incluindo taxas de aplicadas de até 240 kg ha-1 de N foram estabelecidos em plantações de E. grandis ou E. grandis x urophylla de diversos sítios, em diferentes estádios de crescimento, no estado de São Paulo, Brasil. Os sítios possuem precipitação média anual entre 1200 a 1500 mm por ano, concentradas principalmente no verão-outono, com temperatura média anual de 20-21°C. A maioria dos experimentos estavam sob os solos LatossoloVermelho e Vermelho-Amarelo e Neossolo Quartzarênico, compreendendo uma ampla faixa de teores de matéria orgânica (18 a 55 g kg-1) e de argila (80 a 670 g kg-1), na camada de 0-20 cm. A avaliação do N potencialmente mineralizável (N0) sob condições laboratoriais foi mensurada em laboratório pelo método de incubação anaeróbia a 40oC por sete dias. A quantificação do N mineralizado in situ, camada de 0-20 cm do solo, foi feita com base no uso de amostras de solo incubadas em tubos de ferro, mantidas no campo por um período médio de 30 dias. As incubações foram repetidas em até oito vezes durante dois anos, nas diferentes estações climáticas. Verificou-se que o microclima do povoamento de eucalipto pode exercer forte influência sobre as taxas de mineralização de N, por conseguinte, sobre a quantidade e a forma de N disponível no solo. Os efeitos da variação temporária da temperatura e de umidade do solo afetaram diretamente as taxas de amonificação e nitrificação. Foi possível estimar as taxas de mineralização de N com base nesses atributos. O teor de N orgânico total variou entre 3 a 5% do teor de matéria orgânica do solo. Na grande maioria dos casos, a quantidade de N potencialmente mineralizável variou entre 10 a 16% do N orgânico total. A fertilização nitrogenada acelerou o crescimento das árvores em até 12% até os dois anos de idade. Numa idade intermediária, entre 3 e 4 anos, essa resposta caiu para 6%. Na idade de corte, não foi observada resposta à fertilização. As produtividades relativas dos povoamentos jovens e de idade média não se correlacionaram com a razão entre o N potencialmente mineralizável e o N orgânico total, indicando que há no sitio suficiente quantidade de N disponível para atender à demanda das árvores.Response to nitrogen fertilization have been observed only in very special soil conditions, as espodosols and in very depredated soils. However, considering the high rates of nitrogen exportation and the possible exhaust of organic nitrogen potentially mineralizable reserves, it is expected that the intensive managed forests response to nitrogen fertilization after several plantation cycles. The objectives of this study were a) characterize the annual rates and the seasonal patterns of nitrogen mineralization in eucalyptus populations in representative soil types of Sao Paulo State; b) establish the relations between N mineralization rates and the chemical and physic characteristics of soil; c) asses the response to nitrogen fertilization and its relations with N availability; d) asses the efficiency of specific soil and environmental characteristics as indicators to estimate the N mineralization rates. This way, eleven fertilization experiments, including up to 240 kg ha-1, N application rates, were established in plantations of E. grandis and E. grandis x urophylla in several places and different growth stages in Sao Paulo State, Brazil. In these places, there is an annual mean rain precipitation between 1200 and 1500 mm, concentrated mainly in the summer and fall seasons, with an annual mean temperature of 68-70ºF. Most of the experiments were carried on; red, red-yellow latosol and quartzarenic neosol, covering a wide range of organic matter contents (18 to 55 g kg-1) and clay (80 to 670 g kg-1), in the 0-20 cm depth. An asses of potentially mineralizable N (N0) under laboratorial conditions was measured by anaerobic incubation for seven days at 104ºF. The mineralized N quantification in situ, in the 0-20 cm depth, was made, based on the soil samples incubated in iron tubes, kept in field for a 30 days period. The incubations were repeated until eight times along a two years period, in the different seasons. It was verified that the microclimate of the eucalyptus population could exert high influence over the N mineralization rates and consequently, over the quantity and form of the available N present in soil. The effects of a temporary climate variation and soil humidity directly affected the ammonization and nitrification rates. It was possible to estimate the N mineralization rates based on those characteristics. The total organic N content varied between 3 to 5% of soil organic matter content. In the great majority of cases, the quantity of potentially mineralizable N varied between 10 to 16% of the total organic N. The nitrogen fertilization speeded up in 12% the trees growth until two years age. In an intermediate age, between 3 and 4 years the response fell to 6%. At the harvesting age, no fertilization response was observed. The relative productivity of young populations and intermediate age populations was not correlated between the potentially mineralizable N and the total organic N, showing that there are enough nitrogen quantities to supply the trees needs