Concentração de N e Concentração de N e δδ1515N em formações N em formações vegetais que ocorrem sobre vegetais que ocorrem sobre

solos arenosos no Brasilsolos arenosos no Brasil

Sílvia F. Mardegan

Piracicaba – SPJunho/2013

Universidade de São Paulo – Campus “Luiz de Queiroz”Centro de Energia Nuclear na Agricultura – CENA/USP

Abundância natural dos isótopos estáveis de N (δ15N):

• ≠ entre fonte e planta → reações enzimáticas → discriminação contra 15N;

• Variações nas composições isotópicas dos vegetais em função de:

a) Processos fisiológicos;

b) Associações com microorganismos;

c) fontes de N;

d) Disponibilidade e demanda de N pelas plantas.

δ15N + [N e P] balanço entradas e saídas de N

Padrão de distribuição global dos valores de δ15N

Martinelli et al. (1999):

• tropical vs temperado

• ↑ δ15N → floresta tropical

• N disponível → ↑entradas e saídas → ↑enriquecimento em 15N

tropical

temperado

Amundson et al. (2003):

• δ15N do solo e vegetação no mundo

•Clima → fator influente no δ15N → precipitação e temperatura

• δ15N mais enriquecido em regiões tropicais e áridas

δ15Nsolo

δ15Nveg - δ15Nsolo

Craine et al. (2009):

• δ15N foliar vs clima e concentração de nutrientes foliares

temperatura precipitação [Nfoliar]

Ecossistemas tropicais → toda exceção tem sua regra

Tipo de solo; Simbiose com microrganismos...

Formação vegetal LocalizaçãoN δ15N

(g kg-1) (‰)

Floresta Amazônica de terra firme - platô

Manaus, AM ~ 20,0 ~ 4,5

Floresta Tropical Atlântica

Ubatuba, SP ~ 30,0 ~ 4,0

Campinarana Manaus, AM ~ 22,0 ~ 1,5

Floresta Amazônica de terra firme - baixio

Manaus, AM ~ 17,0 ~ 0,8

Floresta de Restinga Ubatuba, SP 22,3 -0,1

Restinga aberta de Clusia

Macaé, RJ 16,3 -1,7

Restinga aberta Arraial do Cabo, RJ 16,9 -3,5

Campinarana Manaus, AM 13,0 -3,6

Campina Manaus, AM 13,0 -5,4

Solos ↑↑ arenosos

Formações vegetais sobre areia branca

Campinas e campinaranas → Amazônia

Campinas:

• Dominância de poucas espécies perenes;

• Distribuição esparsa;

• ↑ fatores ambientais limitantes

↑↑ radiação luminosa

↓ H2O (lençol freático profundo)

↓↓ nutrientes

LiquensLiquens

SerapilheiraSerapilheira

Porte reduzidoPorte reduzido

EpífitasEpífitas

Solo arenoso Solo arenoso (espodossolo)(espodossolo)

Características:

Campinarana:

• “Nem campina, nem floresta densa”

• Vegetação + contínua

• Porte mais desenvolvido

• Características comuns à campina e à floresta densa

Área de estudo:

• Reserva Biológica da Campina – INPA (Manaus, AM)

• Transecto campina → campinarana

Resultados → solos:

0

10

20

30

40

50

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

N (g.kg-1)

Prof

undi

dade

(cm

)

0

10

20

30

40

50

3 5 7 9 11

15N( ‰ )

Pro

fund

idad

e (c

m)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 50 100 150 200 250

Distância (m)

N (

g.k

g-1)

1

1,7

2,4

3,1

3,8

4,5

0 50 100 150 200 250

Distância (m)

15 N

(‰

) Ao longo dos transectos:

Ausência de variação campina x campinarana

Diferenças nas taxas de mineralização entre campina

e campinarana

Campinarana: ↑↑ serapilheira acumulada

vs

Campina: mineralização rápida (mais eficiente)

N (g.kg-1) Razão C/N 15N (‰) Espécie Média

(DP) Variação

Média

(DP) Variação

Média

(DP) Variação

A. heterophylla 21,6 (2,6)

27,3 a 16,4

23,0 (2,9)

17,5 a 29,9

-1,5 (0,8)

-3,2 a 0,1

C. nemorosa 10,8 (1,2)

15,0 a 9,2

47,2 (4,3)

32,5 a 54,6

-6,4 (1,7)

-9,3 a -3,0

M. opaca 15,6 (1,8)

21,1 a 10

33,5 (3,5)

27,9 a 48,5

-6,1 (1,7)

-9,6 a -1,5

M. argyrophylla 10,7 (1,0)

13,0 a 8,0

46,1 (4,4)

38,4 a 61,5

-3,7 (1,5)

-6,0 a -0,2

O. spruceana 9,8 (1,5)

16,1 a 7,7

51,7 (6,7)

33,2 a 66,1

-4,2 (2,9)

-8,7a 1,6

P. duckei 12,4 (1,1)

14,5 a 9,8

39,7 (4,3)

33,2 a 50,4

-4,0 (1,1)

-5,8 a -1,3

P. schomgburkiana 10,5 (0,8)

12,2 a 8,6

47,5 (4,4)

41,1 a 59,8

-6,6 (1,4)

-9,0 a -3,4

P. heptaphyllum 15,0 (1,7)

18,6 a 10,1

32,6 (4,6)

25,9 a 52,7

-5,4 (1,4)

-8,2 a -2,5

Resultados → vegetação:

A. h

ete

rop

hylla

C. n

em

oro

sa

M. o

pa

ca

P. sch

om

gb

urkia

na

P. h

ep

tap

hyllu

m

M. a

rgyro

ph

ylla

O. sp

ruce

an

a

P. d

ucke

i

Espécie

-8

-6

-4

-2

0

15

N (

‰ )

a

b b

cc c

b

b

Uso de ≠ fontes de N:

leguminosa(não fix.)

≠ profundidades?

associação com fungos micorrízicos?

25 75 125 175

Distâ ncia (m )

-6

-5

-4

-3

15 N

(‰

)

Distinção entre campina e

campinarana

Ao longo dos transectos:

Disponibilidade de N para as plantas

↓ δ15N → N ↓ disponível

Ocean

o Atlâ

ntico

Formações de restinga

Entre o Oceano e a Floresta

Tropical Atlântica

Extensão: 8000 km planícies arenosas

costeiras

Alteração antrópica : especulação imobiliária

e turismo predatório

PaludosaFloresta alta

Brejo

Floresta baixa

Entre-cordões

Escrube

Dunas

Transiçãorestinga-encosta

Mata de encosta

OceanoAtlântico

Floresta alta

Brejo

História geológica + diversidade do entorno:

Mosaico de diversidade: fisionomia, florística e estrutura

comunidades sob condições ambientais extremas:

salinidade

temperatura

radiação

variação lençóis freáticos

disponibilidade de recursos

amplitude térmica

↓ endemismomonodominância

oligarquia• Elevada diversidade versus

RJSP

MG

Áreas de estudo:Restinga secaRestinga seca

Restinga úmidaRestinga úmida Restinga intermediáriaRestinga intermediária

Espodossolo hidromórfico

distróficoNeossolo

Quartzarênico

Solos:Solos: Serapilheira:Serapilheira:

Moitas

Floresta

• ↑ arenosos e ácidos

• Deposição de sedimentos (oceano)

• ↓ fertilidade e saturação por bases

• ↑ [Al+]

22

B B

Úmida

Extrato do Balanço Hídrico Sequencial

Seca

ClimaClima::

• Seca: semi-árido (800 mm)

• Intermediária: sub-úmido seco (1200 mm)

• Úmida: tropical chuvoso (2600 mm)

Intermediária

N (g kg-1)

0 5 10 15 20

Inte

rvalo

pro

fun

did

ad

e (

m)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

15N (‰)

-4 0 4 8

Inte

rvalo

pro

fun

did

ad

e (

m)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

A Búmida

N (g kg-1)

0 5 10 15 20

Inte

rvalo

pro

fun

did

ad

e (

m)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

15N (‰)

-4 0 4 8

Inte

rvalo

pro

fun

did

ad

e (

m)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

A B

úmida

seca (▲) intermediária (●) úmida (■)

Superficial→ 0-10 cm (g kg-1):• úmida (10) > intermediária (7,5) > seca (3,3)

Variação c/ a profundidade:• úmida → aumento [N] ao longo do perfil

Superficial→ 0-10 cm (‰):• úmida (4,2) > intermediária (2,9) > seca (-0,5)

Variação c/ a profundidade:• úmida → enriquecimento 15N ao longo do perfil

[N]

δ15N

Resultados → solos:

VEGETAÇÃO:VEGETAÇÃO:

• ↑ precipitação → ↑ qualidade nutricional folhas

• razão C/N > 30 → imobilização// compostos recalcitrantes

Restinga nN P

C/N N/P

(g kg-1)

Seca 175 16,46 ± 0,57ª 0,70 ± 0,03ª 34,16 ± 0,99ª 24,92 ± 0,59a

Intermediária 187 16,06 ± 0,48ª 0,79 ± 0,03b 34,52 ± 0,96ª 22,60 ± 0,93b

Úmida 138 22,29 ± 0,61b 0,90 ± 0,02c 23,16 ± 0,65b 26,42 ± 0,86a

δ15N foliar:

• ~ ecossistemas oligotróficos

• δ15N ↓; variável (intra e entre spp.)

• Ciclagem mais conservativa (“fechada”)

• ↑EUN :

•↓ uso N/ C fixado → ↓ [N] foliar

• Ciclagem ↓ quantidades

• ↑investimento em raízes → espodossolos (Cuevas; Medina; Herrera…)-↑ assimilação e retenção

-↑ deposição de serapilheira

• Alterações fisiologia interna

AlteraçõesCiclagem/ Fisiologia plts

Discriminação15N

↓↓δ15N foliar

• ↑ conservação → composição isotópica:

Restinga

Seca Intermediária Úmida

15

N (

‰)

-4,5

-3,0

-1,5

0,0

1,5

-3,8

-1,8

0,0

Precipitação

a b c

Valores de δ15N seguem padrão de distribuição global?

Formação vegetal δ15Nsolo δ15Nveg

Δ

(δ15Nveg-solo)

Campina 4,1 -5,4 -9,5

Campinarana 4,1 -3,6 -7,7

Restinga intermediária 2,9 -1,8 -4,7

Restinga úmida 4,2 0 -4,2

Restinga seca -0,5 -3,8 -3,3

Clima: fator ↑↑ influente ……Mas não o único!

campina

restinga úmidacampinacampinarana

restinga seca

restinga intermediária

restinga intermediária

restinga úmidarestinga seca

campinarana

• Solos ↓ nutrientes → conservação dos nutrientes disponibilizados:

• Como em outros ambientes oligotróficos:

Conclusões:

Manutenção comunidades bióticas

Produtividade dos ecossistemas

colaboradores para a manutenção dos

nutrientes no sistema

MOS

Serapilheira depositada

características estruturais da

vegetação

uso de fontes diferenciadas de N

simbiose com microrganismos

↓↓ δ15N de acordo com o ↑ eficiência no uso do N

↑ entradas de N

↓ perdas de N

Obrigada!

Contato: silmardegan@gmail.com