Complementaridade de nichos e multifuncionalidade de sistemas agroflorestais sucessionais

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Agroecossistemas, Florianópolis, 2020.Diante da atual crise na saúde planetária é explícita a necessidade de resgatarmos e desenvolvermos formas eficientes de produzir alimentos saudáveis além de reduzir os impactos causados pelas ações antrópicas nos ecossistemas. Isso é possível graças à agroecologia que aplica conceitos da ecologia de ecossistemas naturais em agroecossistemas. A complementariedade de nichos é um dos conceitos usados para explicar a relação positiva entre biodiversidade e funcionamento do ecossistema. Aplicando-o na agricultura pode-se desenhar sistemas de cultivos diversificados com múltiplas funções agroecossistêmicas. Entretanto, ainda não sabe-se quais mecanismos são responsáveis por promover diferentes funções e quais as relações que envolvem as demandas conflitantes entre elas. Desta forma o objetivo geral desta tese foi entender o efeito da diversidade funcional, que avalia complementariedade de nichos, na proteção de solo, supressão de plantas espontâneas, aproveitamento de luz e produtividade de Sistemas Agroflorestais Sucessionais (SAFS). A hipótese geral é de que a diversidade funcional seria a promotora de múltiplas funções em SAFS. Para testá-la foi implementado um experimento em 2016, na Fazenda Experimental da Ressaca, Florianópolis, SC. Estabeleceu-se três tratamentos, baseados no conteúdo de nitrogênio foliar das espécies cultivadas (CNF): (1) todas as oito espécies apresentavam baixo CNF; (2) todas as oito espécies apresentavam alto CNF; (3) consórcio de quatro espécies com alto e quatro espécies com baixo CNF. Assim, manteve-se constante a riqueza de espécies nos tratamentos, variando apenas a diversidade funcional. As parcelas foram de 9 x 9m e cada tratamento teve seis repetições num delineamento de blocos completos ao acaso. Usou-se os seguintes atributos funcionais de plantas: área foliar, área foliar específica, densidade específica do caule, altura máxima da planta, propagação vegetativa e fixação biológica de nitrogênio. Amostrou-se aleatoriamente a cobertura do solo e abundância das plantas, com um quadro de 0,5 x 0,5 m, oito vezes em cada parcela. Para verificar as relações diretas e indiretas das variáveis coletadas, utilizou-se Modelos de Equações Estruturais. Nos primeiros quatro meses após plantio analisou-se não só a diversidade mas também a redundância funcional tanto das plantas cultivadas como das plantas espontâneas na cobertura de solo e supressão de plantas espontâneas. Como resultado verificou-se que a redundância funcional foi mais importante que a diversidade nesses processos agroecossistêmicos. A partir disso, sugere-se que sistemas agrícolas diversificados incluam plantas complementares em relação à altura máxima e CNF, mas que algum nível de redundância funcional seja mantido. Levantou-se uma nova hipótese que poderia explicar a diminuição da competição com plantas cultivadas sem acabar com a diversidade funcional de plantas espontâneas, promotoras de serviços ecossistêmicos. Após mais quatro meses da primeira, conjuntamente com uma segunda coleta de dados avaliou-se a relação da diversidade funcional planejada e espontânea na: (1) cobertura do solo, (2) supressão de plantas espontâneas, (3) índice de área foliar e (3) produtividade dos SAFS. Os resultados corroboraram a hipótese geral e conclui-se que quanto mais heterogênea a estrutura e projeção de área foliar dos SAFs, mais resistente à invasão por plantas espontâneas e maior produtividade já no primeiro ano de sucessão agroflorestal.Abstract: In the face of the current crisis in planetary health, the necessity becomes explicit to develop efficient ways for food production as well to reduce the environmental and health impacts caused by human actions in ecosystems. This is possible thanks to agroecology by applying concepts from the ecology of natural ecosystems in agroecosystems. The complementarity effect is one of the concepts used to explain the positive relationship between biodiversity and ecosystem functioning. When it is applied to agriculture, diversified cropping systems can deliver multiple agroecosystem functions. However, we still do not know which mechanisms are responsible for promoting different functions and which relationships involve trade-offs among functions. Thus, the general objective of this thesis was to understand the effect of functional diversity, which is a way to assess niche complementarity, on soil protection, weed suppression, light use and agricultural productivity in Successional Agroforestry Systems (SAFS). The overall hypothesis is that functional diversity drives multiple functions in SAFS. To test it, an experiment was implemented in late 2016, in subtropical Florianópolis, SC, Brazil. Three treatments were established, based on the leaf nitrogen content (LNC) of crop species: (1) all eight species had low LNC; (2) all eight species had high LNC; (3) mixture of four species with high and four species with low LNC. Thus, we kept the species richness constant, varying only the functional diversity. The plots were 9 x 9 m and each treatment had six replications in a randomized complete block design. The following traits were measured or recorded in the plants: leaf area, specific leaf area, specific stem density, maximum plant height, clonality and capacity for biological nitrogen fixation. Soil cover and plant abundance were randomly sampled in eight 0.5 x 0.5 m quadrats per plot. In order to detect direct and indirect relationships of the variables measured, Structural Equation Models (SEM) were used. Four months after planting at the end of summer, the effect of functional diversity and the functional redundancy in soil cover and suppression of weeds were analyzed. I found that functional redundancy was a more important driver than functional diversity of these agroecosystems properties. From this, I suggest that diversified crop systems should include complementary plants in relation to maximum height or LNC, but also keep some level of functional redundancy. I propose a new hypothesis that may explain the decrease in crop-weed competition by maintaining weed functional diversity, which also promotes ecosystem services. In a second SEM I pooled these data from summer with a second data collection in the subsequent winter to test cascading effects of planned functional diversity, on weed functional diversity, soil cover, weed suppression, leaf area index and agricultural productivity. The results corroborated our overall hypothesis and we conclude that the more heterogeneous the structure and projection of the leaf area in cropping systems, the more resistant to weed invasion and the greater agricultural production in the first year of agroforestry succession