Plant foraging strategies in rupestrian fields from the Espinhaço range, Minas Gerais, Brazil : nitrogen and phosphorus acquisition and use

Apesar da grande diversidade de espécies de plantas nativas de solos tropicais e pobres em nutrientes, pouco se sabe sobre a diversidade de mecanismos de aquisição e uso de nutrientes nesses ambientes. Nesse contexto, o objetivo desse estudo foi entender como ocorre à aquisição e o uso de nitrogênio (N) e fósforo (P) em fisionomias rupestres de cerrado na Cadeia do Espinhaço, em Minas Gerais, sudeste do Brasil, em ambiente muito pobre em nutrientes. No primeiro capítulo, nós descrevemos e investigamos o status micorrízico e o papel funcional da especialização radicular de Discocactus placentiformis (Cactaceae), uma espécie abundante de campos rupestres na Cadeia do Espinhaço. As raízes possuem pelos abundantes que aderem grãos de areia. A nossa hipótese foi que as raízes de D. placentiformis não possuem colonização por micorrizas, e funcionam de forma similar a cluster roots, aumentando a liberação de ácidos orgânicos quando submetidas à deficiência de P. Nós não observamos colonização por micorrizas nas raízes de D. placentiformis. Ao coletar e analisar os exsudatos radiculares identificou ácido oxálico, málico, cítrico, láctico, succínico, fumárico e malônico, em ordem decrescente de concentração. Como esperado, a exsudação total aumentou com a deficiência de P. O papel ecofisiológico dessa nova especialização radicular parece ser semelhante ao de raízes do tipo cluster roots. Esses resultados sugerem uma convergência funcional entre estratégias nutricionais de plantas em hábitats pobres em nutrientes. No segundo capítulo, em nível de comunidade, comparamos as assinaturas isotópicas de N (?15N) e a colonização por micorrizas dos representantes mais abundantes de três fisionomias rupestres de cerrado, com disponibilidades distintas de N no solo (campos rupestres, campos úmidos e cerrados ralos). Nós testamos a hipótese de que o ?15N foliar aumenta com o N total no solo e que as fisionomias mais pobres em N apresentam um maior intervalo de valores de ?15N foliar, possuindo então maior diversidade de estratégias de aquisição de N. Em todas as fisionomias nós observamos uma disponibilidade de nitrogênio muito baixa, principalmente nos campos rupestres. Ao contrário do esperado, nós observamos uma relação negativa entre os valores de ?15N foliar e o N total no solo. Apesar das diferenças de nitrogênio no solo, os valores de N foliar foram similares entre as fisionomias. Os resultados também mostram que o maior intervalo de valores de ?15N foliar não está associado com o ambiente com menor valor de N total no solo. No entanto, como esperado, a grande variação nos valores de ?15N foliar aponta a diversidade de mecanismos de aquisição de nitrogênio. A eficiência na aquisição de fósforo por meio de especializações radiculares e a diversidade de mecanismos de absorção de nitrogênio podem ajudar a manter a grande diversidade de espécies nesses ambientes rupestres. Além disso, parece haver uma convergência funcional destes ambientes pobres em nutrientes da América do Sul com ambientes pobres em nutrientes de outras partes do mundo.Despite the great plant species richness in tropical and nutrient-poor soils, little is known about nutrient-acquisition strategies in these environments. In this context, the aim of this work was to understand the acquisition and use of nutrients in a nutrient-impoverished site in Brazil. Therefore, we studied nitrogen and phosphorus acquisition and use in rupestrian physiognomies at the Espinhaço mountain range, in Minas Gerais, southeastern Brazil. In the first chapter, we described and investigated a sand-binding root specialization of Discocactus placentiformis (Cactaceae), a common species in rupestrian grasslands white sands. We hypothesized that D. placentiformis is non-micorrhizal and increases organic acid release when submitted to P deficiency. We collected and analyzed root exudates from plants subjected to different phosphorus supplies. We identified oxalic, malic, citric, and lactic, succinic fumaric and malonic acids, in decreasing order of concentration. As expected, total exudation decreased with P supply. These results show that the ecophysiological role of this root specialization seems to be similar to cluster roots, pointing towards a functional global convergence in nutrient-acquisition strategies between plants from nutrient-poor habitats. In the second chapter, at the community level, we compared N isotopic signatures (?15N), from the most abundant species in three rupestrian cerrado communities (rupestrian fields, humid fields and shrublands). We tested the hypothesis that foliar ?15N values increases with N availability, and that physiognomies with lower N availability present a higher range of foliar ?15N values. In all the physiognomies, we observed a very low N availability, especially in the rupestrian grasslands. Contrary to expectations, we observed a negative relation between foliar ?15N values and total soil N. Despite the differences in soil N, total foliar N values were similar among physiognomies. These results show that higher foliar ?15N do not always indicate higher soil N availability and that the widest range of foliar ?15N is not always associated with lowest total soil N. However, as expected, we observed a high range in foliar ?15N, indicating diversity in N-acquisition strategies. The efficiency in phosphorus acquisition by root specializations and the diversity in nitrogen-acquisition mechanisms may help maintaining the high species diversity in these habitats. Additionally, there seems to be a functional convergence between rupestrian communities and other nutrient-poor sites in the world