Composição, estrutura e funcionamento de um cerrado sentido restrito submetido à adição de nutrientes em médio prazo

Abstract

A composição, estrutura e o funcionamento de um cerrado sentido restrito submetido à adição de nutrientes em médio prazo foram avaliados através de um experimento de fertilização, localizado na Reserva Ecológica do IBGE (Brasília, DF, Brasil). Entre 1998 e 2006 foram aplicados 100.kg.ha.ano-1 de N na forma de Sulfato de amônio (tratamento N), 100 kg.ha ano-1 de P na forma de superfosfato simples (tratamento P), 100 kg.ha.ano-1 de N e P em combinação (tratamento NP) e 4 t.ha.ano-1 de Ca na forma de calcário dolomítico e gesso agrícola (tratamento Ca). O delineamento experimental utilizado foi o completamente casualizado, com quatro tratamentos de fertilização e um tratamento não fertilizado (controle), replicados quatro vezes em parcelas de 225 m2 separadas por uma distância mínima de 10 m. Um incêndio acidental ocorrido em setembro de 2005 queimou as parcelas do experimento. Após nove anos de fertilizações periódicas, houve diminuição do pH e aumento nas concentrações de N-NO3 - e Al disponível no solo das parcelas dos tratamentos N e NP. A concentração de P disponível aumentou no solo das parcelas dos tratamentos P e NP e observou-se aumento na concentração de Ca disponível no solo das parcelas dos tratamentos P e Ca. No solo das parcelas do tratamento Ca também ocorreu aumento do pH e da concentração de Mg e diminuição das concentrações de K e Al, com completa neutralização do Al nas camadas entre 10-20 cm e 40-50 cm de profundidade. Na área do experimento (0,45 ha) foram amostrados 2258 indivíduos arbóreos e arbustivos com CAS >5 cm, pertencentes a 82 espécies e 39 famílias. Nas parcelas do tratamento Ca observou-se os maiores valores de densidade de indivíduos e riqueza de espécies e o maior número de indivíduos pertencentes à primeira classe de diâmetro. O tratamento NP apresentou menor densidade de indivíduos e menor riqueza de espécies. Os tratamentos com adição de N (na forma isolada e combinada) apresentaram menor similaridade florística em relação ao controle, menor equitabilidade e diversidade de espécies. Nestes tratamentos observou-se modificação nos padrões de densidade e dominância, que foram influenciados pelas respostas individuais de espécies adultas que aumentaram a dominância e pelas espécies regenerantes que responderam a fertilização com acréscimo na densidade. Durante o primeiro ano pós-fogo observou-se maior produção de serapilheira foliar e miscelânea nas parcelas do tratamento NP e menor produção de serapilheira foliar nas parcelas do tratamento P. Os tratamentos P e NP apresentaram maior produção de serapilheira miscelânea no segundo ano pós-fogo. Agregando a produção de serapilheira nos períodos pré e pós-fogo, observou-se maior produção de serapilheira total e miscelânea nas parcelas do tratamento NP e menor produção de serapilheira foliar nas parcelas do tratamento P. A adição de N propiciou maior recuperação da produção de serapilheira foliar no período pós-fogo em relação à produção observada no período pré-fogo, enquanto que os tratamentos P e NP apresentaram serapilheira com maior proporção de material lenhoso em relação aos demais tratamentos. A concentração e o fluxo de S (presente na fórmula dos fertilizantes utilizados) aumentaram na serapilheira de todos os tratamentos fertilizados, o que levou a menor EUN para S nos tratamentos de fertilização em relação ao observado nas parcelas controle. No segundo período pós-fogo os fluxos sofreram maior incremento que a concentração de nutrientes, o que evidencia que a alteração nos fluxos foi mais dependente da produção de serapilheira que da concentração de nutrientes na serapilheira. O aumento nos fluxos de nutrientes no segundo período pós-fogo acarretou em maior EUN em relação ao período anterior. As taxas de decomposição da serapilheira foliar aumentaram nas parcelas dos tratamentos P e NP, onde observou-se maiores concentrações iniciais de N, P e S. Com exceção dos nutrientes S (em todos tratamentos fertilizados) e N (no tratamento N), a adição de N, P e NP ocasionou maior retenção dos nutrientes na serapilheira em relação ao observado nas parcelas controle. Em nível de espécie, as concentrações foliares de N, P, K, Ca, Mg, S e Fe de seis espécies dominantes na área, sendo três brevidecíduas (Caryocar brasiliense, Blepharocalyx salicifolius, Dalbergia miscolobium) e três sempre-verdes (Ouratea hexasperma, Roupala montana e Styrax ferrugineus) não apresentaram um padrão consistente em resposta a fertilização, com exceção do aumento das concentrações de Ca e S (que ocorreu em todas as espécies analisadas nas parcelas dos tratamentos P e NP) e diminuição na razão N:P foliar, que ocorreu em quatro espécies. As brevidecíduas apresentaram maiores concentrações foliares de N, P, K, Mg, de fenóis totais e taninos e menores concentrações de Ca e S que as espécies sempre verdes. A concentração de fenóis totais foi positivamente relacionada às concentrações de N, P e razão N:P foliar e as concentrações de fenóis totais e taninos foram inversamente relacionadas com as concentrações de Ca, Mg, S e Fe nas folhas. Os fenóis totais e taninos apresentaram uma tendência de diminuição na concentração com a maturidade foliar, com exceção das sempre verdes R. montana e S. ferrugineus. Os resultados deste trabalho demonstram que a fertilização altera a disponibilidade de nutrientes no solo e que as respostas da vegetação são mais evidentes em grupos fenológicos que em espécies individuais. A alteração do status nutricional do solo alterou os padrões de densidade e dominância da vegetação, com um aumento na produção primária líquida e na velocidade de decomposição de uma serapilheira nutricionalmente mais rica. Entretanto, os nutrientes são retidos pela comunidade de decompositores, que como a vegetação, aparenta ser co-limitada. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Composition, structure and functioning of a Neotropical savanna under medium term nutrient addition were determined through a fertilization experiment located in Reserva Ecológica do IBGE (Brasília, DF, Brazil). 100. kg.ha.y-1 of N as ammonium sulphate (N plots), 100 kg ha y-1 of P as simple superphosphate (P plots), 100 kg. ha.y-1 of N and P in combination (NP plots) and 4 t.ha.y-1 of Ca as lime and gypsum (Ca plots) were applied between 1998 and 2006. We use a completely randomized design with four fertilization treatments and one unfertilized treatment (control) with four replications in 225 m2 plots, separated by a minimum distance of 10 m. In September 2005 an accidental fire occurred, burning the experimental plots. After nine years of regular fertilizations, decrease in soil pH and increase N-NO3 -and Al concentrations in N and NP plots. There was an increase in soil P concentration in P and NP plots and increase in Ca concentration in P and Ca plots. We observed an increase in soil pH and Mg concentrations and decreased K and Al concentrations, with complete Al neutralization between 10-20 cm and 40-50 cm deep. 2258 individuals of trees and shrubs with circumference in soil height >5 cm were sampled in experimental area (0.45 ha), belonging to 82 species and 39 families. Ca plots showed highest individuals density and species richness and higher individuals number belonging to first diameter class. NP plots showed the lowest individuals density and species richness. The N plots (as isolated and combined) showed lower floristic similarity in relation to the control plots, lower equitability and species diversity. In these treatments we observed changes in density and dominance patterns of which were influenced by individual responses of adults species who showed an increase in dominance and the regenerating species who responded to fertilization with increase in density. During the first post-fire year we observed higher leaf litter and miscellaneous production in NP plots and lower leaf litter production in P plots. P and NP plots showed higher miscellaneous litter production in the second post-fire year. Adding the litter production in pre and post-fire periods, there was increased total litter and miscellaneous production in NP plots and lower leaf litter production in P plots. The N addition provided higher recovery of leaf litter production in post-fire relative to pre-fire production, while P and NP plots had higher wood proportion in total litter relative to other treatments. The litter S concentration and fluxes (present in applied fertilizer) increased in all fertilized treatments, which led to lower S NUE in the fertilized plots in relation to that observed in control plots. The fluxes increased more that litter nutrients concentration in the second post-fire period, which shows that fluxes change was more dependent on litter production that litter nutrient concentrations. The increased nutrient flux in second pos-fire period resulted in higher NUE relative to the previous period. Leaf litter decomposition rates increased in P and NP plots, where there was higher initial N, P and S concentrations in litter. With the exception of S (in all fertilized treatments) and N (in N plots), N, P and NP addition resulted in higher nutrients litter retention relative to the control plots. On the species level, N, P, K, Ca, Mg, Fe and S leaf concentrations of six dominant species, three brevideciduous (Caryocar brasiliense, Blepharocalyx salicifolius, Dalbergia miscolobium) and three evergreen (Ouratea hexasperma , Styrax ferrugineus and Roupala montana) did not show a consistent pattern in response to fertilization, except for increased Ca and S foliar concentrations (which occurred in all analyzed species in P and NP plots) and a decrease in leaf N: P ratio, which occurred in four species. Brevideciduous species showed higher N, P, K, Mg, total phenol and tannin leaf concentrations and lower Ca and S concentrations that evergreen species. Total phenols leaf concentration was positively related to N and P leaf concentrations, and total phenol and tannin concentrations were inversely related to Ca, Mg, S and Fe foliar concentrations. Total phenol and tannin concentrations showed a decrease trend with leaf maturity, except in R. montana and S. ferrugineus. These results show that fertilization alters the soil nutrients availability, and vegetation responses are more apparent in phenological groups than in individual species. Changes in soil nutritional status changed vegetation dominance and density patterns, increased net primary production and litter decomposition rate of a nutritionally rich litter. However, the nutrients are retained by the decomposers community, which as vegetation, appears to be co-limited.