Dinâmica de crescimento e estoque de biomassa, carbono e nutrientes em espécies arbóreas da floresta atlântica no sul do Brasil

Orientador : Prof. Dr. Renato Marques

Coorientador : Dr. Paulo Cesar Botosso , Drª. Kelly Geronazzo Martins

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa: Curitiba, 13/07/2016

Inclui referências: f. 157-167

Resumo: Estudos sobre o crescimento arbóreo em diferentes estágios sucessionais e sua relação com o clima, contribuem substancialmente ao entendimento da dinâmica florestal e seus possíveis efeitos sobre a produtividade primária, podendo subsidiar ações de restauração, conservação e manejo; bem como prever cenários futuros em caso de alterações no clima. O presente trabalho teve como objetivo analisar aspectos do crescimento arbóreo, produção e acúmulo de biomassa, carbono e nutrientes de 11 espécies florestais representativas dos diferentes estágios sucessionais da Floresta Atlântica no sul do Brasil, buscando uma melhor compreensão de suas relações com a estrutura da floresta, a sazonalidade climática e com os atributos do solo. Os dados de incremento em circunferência do tronco foram avaliados pelo monitoramento trimestral (2012) e mensal (2013-2014) de cintas dendrométricas permanentes individuais, previamente fixadas no fuste das árvores (489 indivíduos) a uma altura de 1,30 cm do solo (DAP). Foram coletadas amostras de lenho (método não destrutivo), para determinação da densidade aparente da madeira (raio X) e do teor de elementos químicos no lenho. O incremento médio em circunferência variou entre as espécies (12,6 a 77,5 mm nos três anos), e diminuiu do estágio inicial de sucessão florestal para a floresta madura; os estágios sucessionais e o tamanho (DAP) do indivíduo influenciaram na taxa de crescimento, de maneiras diferentes, entre as espécies. A produção de biomassa tendeu a aumentar do estágio inicial de sucessão florestal (4,1 kg.ano-1.árvore-1) ao avançado (12,1 kg.ano-1.árvore-1), e a diminuir do avançado à floresta madura (7,7 kg.ano-1.árvore-1); devido, principalmente, à alteração no conjunto das espécies representativas dos diferentes estágios sucessionais. Sete espécies apresentaram variação significativa na densidade aparente da madeira ao longo da seção radial (sentido medula-casca); com variação radial mais pronunciada em espécies pioneiras e/ou secundárias iniciais, com alta densidade da madeira e baixa taxa de crescimento. As espécies estudadas variaram quanto ao período e à intensidade de crescimento ao longo do ano; em geral, com um intenso crescimento no período mais quente e chuvoso do ano e dias mais longos do verão (dezembro-março). Das onze espécies estudadas, dez apresentaram correlação positiva do crescimento com temperatura, precipitação e comprimento do dia, indicando o possível efeito dessas variáveis climáticas como reguladoras da atividade cambial nestas espécies. A relação entre o crescimento arbóreo e os fatores ambientais variou entre as espécies, indicando que estas possuem diferentes sensibilidades à sazonalidade climática, à variação dos atributos físicos e químicos do solo e à estrutura da floresta. Espécies pioneiras, com alto valor de incremento e baixa densidade da madeira tiveram o seu crescimento radial explicado pela variável sazonalidade climática e pedológica (atributos químicos do solo); enquanto que espécies pioneiras, com crescimento lento e alta densidade da madeira tiveram seu incremento em circunferência do tronco explicado pelas variáveis sazonalidade climática e estrutura da floresta; em geral, com maior crescimento nas subparcelas com menor número de indivíduos e menor porte arbóreo. As espécies que crescem nas florestas maduras apresentaram forte influência da sazonalidade do clima, do teor de alumínio e da fertilidade do solo (P, K, Ca, Mg e Mn) sobre o crescimento arbóreo. Os teores médios dos nutrientes no lenho apresentaram a sequência decrescente, comumente encontrada no lenho de espécies arbóreas: C>N>K>Ca>Mg>S>Mn>P>Al. O padrão mais comum, observado para os elementos no fuste, de todas as espécies, foi a diminuição da concentração com a idade (medulacâmbio); com exceção do carbono, que apresentou aumento da concentração em relação à idade, em todas as espécies e sítios analisados. Os elementos C, Mg, Mn, S e Al apresentaram variação do teor no lenho fortemente relacionado com a espécie; enquanto que N, Ca, P e K mostraram influência do sítio. Os dados gerados fornecem informações essenciais para a compreensão do ciclo bioquímico e global dos nutrientes (e.g.: quantidade estocada e tempo de permanência no compartimento vegetal), sendo uma abordagem inédita para estas espécies nativas, crescendo na Floresta Atlântica do Sul do Brasil. Palavras-chave: Floresta Atlântica; estágios sucessionais; crescimento arbóreo; anéis de crescimento; biomassa; densidade da madeira; dendroquímica; interação solo-plantaclima

Abstract: Studies of growth rates of trees in disturbed and non disturbed tropical forest and their relationship to climate can contribute substantially to the understanding of forest dynamics and its effects on net primary production; to support restoration, conservation and manegement programs, and to predict future scenarios in the event of climate changes. We aimed to analyze aspects of tree growth, production and accumulation of biomass, carbon and nutrients in 11 tropical trees species (489 individuals) naturally occurring in different successional stages of the Atlantic Forest in southern Brazil. We also aimed to analyze the relationship between these parameters and the forest structure, the seasonality and with soil attributes. We monitored the girth increment rhythm by permanent dendrometer bands for 36 months. We collected wood samples (non-destructive method), measured wood specific density and determined the wood content of carbon (C), macronutrients (N, P, K, Ca and Mg), manganese (Mn) and aluminum (Al). Species varied in their accumulated girth growth (in average, from 12.6 to 77.5 mm over three years), and annual diameter increment (1.3 to 8.2 mm), and decreased from early stage to mature forest. The age of forest and size of the individuals (DAP) influenced the growth rates in different ways. Biomass production increased from young forest (4.1 kg.year-1.tree-1) to advanced forest (12.1 kg.year-1.tree-1), and decreased to mature forest (7.7 kg.year-1.tree-1), due mainly to the change in the set of species. Seven species showed significant variation in the wood density along the radial section (pith-bark), with more pronounced radial variations in pioneer and/or early secondary species with high wood density and slow growing. Girth increment was positively related to temperature, precipitation, and day length in ten out of eleven trees species, indicating the possible effects of these climatic variables in triggering cambial activity in these species. The relationship between tree growth rates and environmental factors varied among species, indicating different sensitivities to seasonality, soil properties and forest structure. Fast-growing pioneer species, with low wood density, had their girth increment explained by seasonality and pedological (fertility) latent variables; whereas the slow-growing pioneer species, with high wood density, had the growth rates explained by seasonality and forest structure latent variables; in general, with higher growth in subplots with fewer individuals and smaller trees. The old forests species showed strong influence of seasonality, aluminum (Al) content and soil fertility (P, K, Ca, Mg and Mn) on girth increment. The average content of nutrients in the wood of the species studied showed decreasing sequence: C> N> K> Ca> Mg> S> Mn> P> Al; usually found in tree species. The Carbon content increased from the oldest (pith) to the younger rings (cambium) whereas the other elements have the opposite behaviour. The carbon, magnesium, manganese, sulfur and aluminum contents showed close variation associated with the species; while N, Ca, P and K showed a strong influence of the site. This work provide essential information for understanding the biochemical and global nutrient cycling (e.g.: amount immobilized and length of stay in the vegetable compartment), it is a novel approach to these indigenous species, growing in the Atlantic Forest from southern Brazil. Keywords: Atlantic Forest; secondary succession; wood density; girth increment; biomass; dendrochemistry; interaction soil-plant-climate