Biomass production and nitrogen cycling in mixed plantation with Eucalyptus genotypes and Acacia mangium

As plantações de eucalipto ocupam 20 milhões de hectares em solos altamente intemperizados. Plantações consorciadas de eucalipto com acácia têm potencial de melhorar a produtividade do povoamento, em relação às respectivas plantações homogêneas, através do efeito facilitador da fixação biológica de N pelas árvores de acácia. O objetivo foi avaliar o efeito do consórcio de genótipos de Eucalyptus com Acacia mangium sobre a produção da biomassa aérea de cada espécie e sobre a ciclagem de N. Quatro experimentos foram estabelecidos em áreas manejadas com eucalipto durante várias rotações, em blocos casualizados, contendo três tratamentos: plantação homogênea de acácia (100A), de eucalipto (100E) e plantação consorciada na proporção 1:1 (50A:50E). As áreas experimentais localizam-se em condições ecológicas diferentes na região sudeste do Brasil, nos Estados de São Paulo e de Minas Gerais. O crescimento das árvores foi medido durante toda a rotação de cultivo e equações alométricas de biomassa e de mineralomassa de N foram estabelecidas em cada área, no final da rotação, para os compartimentos aéreos das árvores. A deposição de serapilheira e a mineralização de N in situ foram avaliadas durante dois anos, no final da rotação. As concentrações de C e N no solo foram avaliadas no final da rotação e estimadas por meio do método NIRS (espectrometria de reflectância no infravermelho próximo) e calculados seus estoques no solo. A fixação simbiótica de N2 foi estimada pela diferença do estoque total de N entre os tratamentos. A produção de biomassa de lenho foi maior em 100E que em 50A:50E, devido ao menor crescimento da acácia, em comparação ao eucalipto, nas condições climáticas estudadas. A matéria seca de serapilheira depositada foi maior em 100E, mas o retorno médio de N ao solo, via deposição, em 100A foi 1,7 vez maior que em 100E. Os estoques de C e N no solo foram iguais nos diferentes tratamentos. Os estoques totais de C e N, na área com o maior crescimento de eucalipto, localizada em Santana do Paraíso, foram 30% e 50% maiores do que na área com menor crescimento, localizada em Itatinga. A mineralização de N no solo foi duas vezes maior em 100A que em 100E, e intermediária em 50A:50E, resultante de uma rápida ciclagem de N, da serapilheira acumulada, abaixo de árvores de acácia. O fluxo de N retornado ao solo com a deposição de serapilheira, no final da rotação, foi um bom indicador da disponibilidade de N no solo, em plantações tropicais de rápido crescimento. Nesse contexto, em termos de manejo florestal, os resultados sugerem que uma rotação com plantação homogênea com espécie arbórea fixadora de N (AFN) após várias rotações com plantios de eucaliptos, pode ajudar a manter a fertilidade de N do solo, com um manejo compatível com as práticas adotadas pelas empresas florestais. Outra opção de manejo em larga escala, seria a introdução de um sub-bosque com espécie AFN em plantações comerciais de eucalipto. No entanto o sucesso destas plantações consociadas, em grande parte, depende das espécies selecionadas.Eucalyptus plantations cover 20 million hectares on highly weathered soils. Eucalyptus plantations intercropped with Acacia have the potential to improve the productivity of the stand, in relation to their mono-specific plantations, through the facilitatory effect of N fixation by acacia trees. The objective was to evaluate the effect of the consortium of genotypes of Eucalyptus with Acacia mangium on the production of biomass of each species and N cycling. Four experiments were established in areas managed with eucalypts for several rotations in a randomized block design with three treatments: mono-specific acacia plantation (100A), eucalyptus (100E) and mixed plantation at 1:1 (50A:50E). The experimental areas located in different ecological conditions in the southeastern region of Brazil, in the states of São Paulo and Minas Gerais. Tree growth was measured throughout the rotation of cultivation and allometric equations of biomass and mineral mass of N have been set for each area at the end of the rotation to the compartments of the trees. Litterfall and N mineralization in situ were assessed for two years, at the end of the rotation. Concentrations of C and N in the soil were evaluated at the end of the rotation and estimated by the NIRS method (near infrared reflectance spectrometry) and calculated stocks in the soil. The symbiotic N2 fixation was estimated by the difference of the total stock of N among treatments. The wood biomass production was higher in 100E than in 50A:50E, due to lower acacia growth compared to eucalyptus climatic conditions studied. The litterfall dry mass was higher in 100E, but the average return of N from litterfall to the soil was 1.7 times higher in 100A than in 100E. The stocks of C and N in the soil were similar in the different treatments. The total stocks of C and N, with more eucalypts growth, located in Santana do Paraíso, were 30% and 50% higher relative, by less growth, located in Itatinga. The mineralization of N in the soil in 100A was twice that at 100E, and intermediate in 50A:50E, resulting from faster turnover of N in the forest floor under acacia trees. Annual N flux from litterfall at the end of the rotation was a good indicator of soil N availability in fast-growing tropical plantations. In this context, in terms of forest management, results suggest that one rotation of mono-specific N-fixing tree species (NFT) after a certain number of of eucalypt rotations could help to maintain plantation soil fertility, with a management compatible with forest company practices. Other large scale management option for management is the introduction of NFT undergrowth by commercial eucalypts. However, the success of these mixed-species plantations is largely dependt on the selected species