Biodiversidade de organismos edáficos e ciclagem de nutrientes em ecossistemas naturais e plantios de eucalipto no Cerrado

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Florestal, 2021.O entendimento do funcionamento de variáveis que influenciam a estabilidade de um ecossistema terrestre é crucial para manejá-lo com sustentabilidade. Dentre estes processos, a ciclagem de nutrientes sustenta as funções vitais do bioma Cerrado por meio do aporte de serapilheira e sua decomposição realizada por organismos edáficos; entretanto, pouco se sabe a respeito da dinâmica da serapilheira e sua relação com os atributos do solo nas áreas de Cerrado. Sendo assim, a tese tem como objetivo avançar nos estudos referentes a ciclagem de nutrientes e atributos edáficos em áreas de cerrado sensu stricto e floresta de eucalipto, visando investigar as relações entre a dinâmica da serapilheira, os parâmetros químicos, físicos e biológicos do solo e sua relação com os fatores climáticos. Os estudos foram realizados na estação experimental da UnB, Fazenda Água Limpa, localizada no Distrito Federal. Foram alocadas de forma aleatória 12 parcelas em cada uma das três áreas de estudo, sendo a A1 composta por área de cerrado sentido restrito preservado e A2 composta por dois plantios de Eucalipto com diferentes idades de implantação. Foi realizada revisão sistemática dos estudos sobre aporte e decomposição de serapilheira desenvolvidos no bioma Cerrado. Os procedimentos metodológicos em A1 envolveram a avaliação dos processos da ciclagem de nutrientes, pelo período de dois anos, por meio da combinação de dados meteorológicos, deposição e decomposição de serapilheira, abundância e diversidade da fauna epígeica e variáveis físicas e químicas do solo. Em A2 avaliou-se a ciclagem de nutrientes em dois plantios de diferentes idades (8 e 5 anos de implantação), pelo período de dois anos, com ênfase nas implicações da remoção da camada de serapilheira depositada ao solo. Por fim, avaliou-se os impactos da mudança de uso do solo de cerrado sentido restrito em plantios de eucalipto nas comunidades de fauna epigeica. Os dados coletados foram submetidos a análises uni e multivariadas, paramétricas e não paramétricas. A revisão sistemática indicou grande variação metodológica nos estudos de aporte e decomposição da serapilheira no Cerrado, com coletores e bolsas de decomposição de diferentes dimensões, composições e tempos totais de experimento e coleta. Para várias fitofisionomias não foram observados estudos e constatou-se carência de pesquisas de longa data e estudos sobre a decomposição de outras frações da serapilheira que não a foliar. Os resultados obtidos para A1 evidenciaram que a precipitação modulou a diversidade da fauna epigeica, com maiores valores na estação chuvosa, com destaque para os grupos: Isoptera, Collembola e Formicidae. A decomposição de folhas teve alta correlação com a abundância de fauna epigeica, enquanto os galhos apresentaram alta correlação com a diversidade da fauna epigeica, entretanto as taxas de decomposição destas duas frações foram semelhantes. De forma geral, a decomposição da serapilheira foi mais rápida onde a diversidade e abundância de fauna epigeica foi maior e apresentou correlação com pH, estoque de carbono e fósforo disponível. Houve forte influência da precipitação sazonal na comunidade da fauna epigeica, na deposição e decomposição de serapilheira e suas relações com os parâmetros químicos do solo. Os resultados obtidos em A2 evidenciaram que a remoção da camada de serapilheira reduziu a decomposição foliar e a abundância dos grupos Hemíptera, Díptera e Diplopoda da fauna do solo, além de reduzir o crescimento das árvores na área de eucalipto juvenil. A diversidade da fauna epigeica, os parâmetros de P remanescente e umidade do solo, bem como as taxas de decomposição de galhos foram altamente correlacionados com as parcelas que não sofreram a remoção da camada de resíduos. Houve influência da remoção da camada de serapilheira na composição da fauna edáfica, no crescimento das árvores, na decomposição da serapilheira, no balanço de fósforo e umidade do solo, sendo assim, a prática de remoção de resíduos pode gerar prejuízos aos plantios e a ciclagem de nutrientes como um todo. Ao comparar os diferentes usos do solo A1 e A2 pôde-se observar que no período de seca os grupos Collembola, Isoptera e Díptera foram mais abundantes na área de cerrado e Formicidae mais abundante nas áreas de Eucalipto, sendo estes responsáveis por 85% das diferenças encontradas entre os dois usos do solo. Já no período chuvoso, Formicidae, Isoptera e Díptera foram mais abundantes em A1, enquanto Diplopoda foi mais abundante em A2, sendo estes grupos também responsáveis por 85% da dissimilaridade entre as áreas. Observou-se que a maioria dos grupos de fauna epigeica foram mais abundantes em A1, indicando o impacto ocasionado pela introdução de monocultivo de espécies exóticas nas comunidades de fauna epieica do solo. Pôde-se observar alta correlação de alguns grupos de fauna epigeica com os teores de matéria orgânica, potássio, cálcio, fósforo e pH do solo, sendo estes considerados bons indicadores da composição destas comunidades edáficas. Ao abordar a ciclagem de nutrientes em área de cerrado nativo e plantios de eucalipto, esta pesquisa ressaltou a importância das propriedades edáficas e dos processos que envolvem a serapilheira na manutenção dos serviços ecossistêmicos e as implicações das práticas de manejo e da mudança de uso do solo na comunidade da fauna do solo.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).Understanding the dynamics of factors that influence the structure and function of a terrestrial ecosystem is crucial to managing it sustainably. Thus, the thesis aims to advance studies concerning the nutrients cycling and soil attributes in areas of cerrado sensu stricto and eucalyptus forest, aiming to investigate the relationships between litter dynamics, chemical, physical and biological parameters of the soil and how those relate to climatic factors. The studies were carried out at the UnB experimental station, Fazenda Água Limpa, located in the Federal District. Twelve plots were randomly allocated in each of the three study areas, A1 being composed of a preserved cerrado sensu stricto area and A2 composed of two Eucalyptus plantations with different implantation ages. A systematic review of studies on input and decomposition of litter developed in the Cerrado biome was carried out. The methodological procedures in A1 involved the assessment of nutrient cycling, for a period of two years, through the combination of meteorological data, litter deposition, and decomposition, abundance and diversity of soil epigeic fauna, and physical and chemical variables of the soil. In A2, nutrient cycling was evaluated in two plantations of different ages (8 and 5 years after implantation), for a period of two years, with emphasis on the implications of continuous removal of litter layer deposited on the soil. Finally, the impacts of land-use change on soil epigeic fauna communities were evaluated, due to the conversion of cerrado sensu stricto ecosystems into eucalyptus plantations. The collected data were submitted to univariate and multivariate, parametric, and non- parametric analyzes. The systematic review indicated great methodological variation in the studies of contribution and decomposition of litter in the Cerrado, with collectors and decomposition bags of different dimensions, compositions, and total times of experiment and collection. For several phytophysiognomies, no studies were observed and there was a lack of long-standing research and studies on the decomposition of fractions of litter other than leaves. The results obtained for A1 showed that precipitation modulated the diversity of soil epigeic fauna, with higher values in the rainy season, with emphasis on the groups: Isoptera, Collembola, and Formicidae. The decomposition of leaves had a high correlation with the abundance of epigeic fauna, while the branches showed a high correlation with the diversity of the epigeic fauna, however, the decomposition rates of these two fractions were similar. In general, the decomposition of litter was faster where the diversity and abundance of epigeic fauna were greater and showed a correlation with pH, carbon stock, and available phosphorus. There was a strong influence of seasonal precipitation on the soil epigeic fauna community, on litter deposition and decomposition, and its relationship with soil chemical parameters. The results obtained in A2 showed that the litter layer removal reduced the leaf decomposition and the abundance of the groups Hemíptera, Díptera, and Diplopoda of the soil epigeic fauna, besides reducing the growth of the trees in the area of juvenile eucalyptus. The diversity of soil epigeic fauna, the parameters of P remaining and soil moisture, as well as the rates of decomposition of branches were highly correlated with the plots that did not undergo litter removal. There was an influence of the removal of the litter layer on the epigeic fauna edaphic composition, on tree growth, on litter decomposition, on the balance of phosphorus and soil moisture, and the nutrient cycling as a whole. When comparing the different uses of soil A1 and A2, it was observed that in the dry season the groups Collembola, Isoptera, and Díptera were more abundant in the cerrado area and Formicidae more abundant in the Eucalyptus areas, being these groups responsible for 85% of the differences found between the two land uses. In the rainy season, Formicidae, Isoptera, and Díptera were more abundant in A1, while Diplopoda was more abundant in A2, these groups also being responsible for 85% of the dissimilarity between the areas. It was observed that the majority of soil epigeic fauna groups were more abundant in A1, indicating the impact caused by the introduction of monoculture of exotic species in soil epigeic fauna communities. When addressing the cycling of nutrients in the native cerrado area and eucalyptus plantations, this research highlighted the importance of the edaphic properties and of the processes that involve litter in the maintenance of ecosystem services and the implications of management practices and land-use change in the soil fauna community